第三講光學與熱學實驗專題八2023內容索引0102核心考點聚焦微專題?熱考命題突破【知識網絡建構】

核心考點聚焦考點一光學實驗核心歸納命題角度1

測量玻璃的折射率(1)實驗目的:測定玻璃的折射率,掌握光發生折射的入射角和折射角的確定方法。(2)實驗原理:用插針法找出與入射光線AO對應的出射光線O'B,確定出O'點,畫出折射光線OO',然后測量出角θ1和θ2,根據n=計算玻璃的折射率。深化拓展測量玻璃的折射率實驗中數據處理的方法

特別提醒(1)大頭針豎直插在紙上,且間距稍大一些;(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°);(3)手不能觸摸玻璃磚的光學面,更不能把玻璃磚界面當作尺子畫界線;(4)實驗過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變;(5)玻璃磚應選用寬度較大的,最好在5

cm以上,若寬度太小,則測量誤差較大。命題角度2

用雙縫干涉測量光的波長(1)實驗目的:觀察雙縫干涉圖樣;測定單色光的波長。(2)實驗原理:相鄰兩條明條紋間距Δx與入射光波長λ,雙縫S1、S2的間距d及雙縫與屏的距離l滿足關系式Δx=λ。深化拓展用雙縫干涉測量光的波長實驗中數據處理的方法(1)調節測量頭,使分劃板中心刻度線對齊第1條亮條紋的中心,記下手輪上的讀數a1;(2)轉動手輪,當分劃板中心刻度線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時,記下手輪上的讀數a2;特別提醒(1)不要直接測單個條紋間距Δx,要測幾個條紋的間距,計算得出Δx,這樣可以減小誤差;(2)白光的干涉觀察到的是彩色條紋,其中白色在中央,紅色在最外邊。典例剖析例1(命題角度1)(2022福建三明模擬)某實驗小組在做測定玻璃折射率的實驗。甲乙偏大

(2)小濤同學突發奇想,用兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC來做實驗,兩者的AC面是平行放置的,如圖乙所示。大頭針P1、P2的連線垂直于AB面,若操作正確的話,則在圖乙中右邊表示出射光線的大頭針應該是

(選填“P3、P4”“P3、P6”“P5、P4”或“P5、P6”)。

P5、P6大頭針P3前不小心將玻璃磚以O為圓心逆時針轉過一小角度,相當于入射角略微減小,根據折射定律可知折射角也將減小且減小量比入射角的減小量更大些,則折射光線將以O為圓心順時針轉過一小角度,之后再插大頭針P3時,其位置將更靠近直線AD,所以AB長度不變,CD變小,由此測得玻璃磚的折射率將偏大。(2)由題意,根據幾何關系以及對稱性作出光路圖如圖所示,可知表示出射光線的大頭針是P5、P6。對點訓練1.(命題角度1)如圖所示,某同學利用插針法測定半圓形玻璃磚的折射率。在一半圓形玻璃磚外面插上P1、P2、P3、P4四枚大頭針時,P3恰可擋住P1、P2所成的像,P4恰可擋住P1、P2所成的像以及P3。(1)以下說法正確的是

。

A.P1、P2及P3、P4之間的距離適當大些,可以提高準確度B.P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些,可以提高準確度C.入射角i適當大些,可以提高準確度D.P1、P2的間距、入射角的大小均與實驗的準確度無關(2)該玻璃磚的折射率n=

。另一同學將大頭針插在P1'和P2'位置時,沿著P3、P4的方向看不到大頭針的像,其原因可能是

。AC經過P1'、P2'的光線在界面MN處發生全反射

解析

(1)反射光線是通過隔著玻璃磚觀察成一條直線確定的,大頭針間的距離太小,引起的誤差會較大,故P1、P2及P3、P4之間的距離適當大些,可以提高準確度,A正確,B錯誤;入射角i盡量大些,折射角也會大些,折射現象較明顯,角度的相對誤差會減小,故C正確,D錯誤。(2)由題圖知,沿P1、P2的光線入射角為i=30°,折射角為r=60°,則該玻璃磚的折射率n=。把大頭針插在P1'、P2'位置時,沿著P3、P4的方向看不到大頭針的像,其原因是經過P1'、P2'的光線在界面MN處發生全反射。2.(命題角度2)(2022浙江寧波模擬)利用如圖甲所示的裝置測定光的波長,雙縫間距d=0.4mm,雙縫到光屏間的距離l=0.5m,實驗時,接通電源使光源正常發光,調整光路,使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數,該同學可

。

A.僅將單縫向雙縫靠近B.僅將屏向靠近雙縫的方向移動C.僅將屏向遠離雙縫的方向移動D.僅使用間距更小的雙縫甲B(2)某種單色光照射雙縫得到的干涉條紋如圖乙所示,分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數也在圖乙中所給出。分劃板在圖中A位置時游標卡尺的讀數為xA=11.1mm,在B位置時游標卡尺讀數為xB=

mm,相鄰兩條紋間距Δx=

mm;該單色光的波長λ=

m。

乙15.60.756.0×10-7(3)如果測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,如圖丙所示。則在這種情況下測量干涉條紋的間距Δx時,測量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)實際值。

丙大于

解析

(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數,則需要減小條紋間距,由公式Δx=λ可知,將單縫向雙縫靠近,不改變條紋間距,A錯誤;將屏向靠近雙縫的方向移動,條紋間距減小,B正確,C錯誤;使用間距更小的雙縫,條紋間距增大,D錯誤。(3)測量頭中的分劃板中心刻線與干涉條紋不在同一方向上,則測得的Δx偏大,由公式Δx=λ可知,波長的測量值大于真實值。考點二熱學實驗核心歸納命題角度1

用油膜法估測分子的大小(1)實驗目的:學會用油膜法估測分子的大小。(2)實驗原理:將一定體積的油酸滴在水面上,測出單分子油膜的面積,則油膜厚度可看作油酸分子的直徑,即d=。命題角度2

探究等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系(1)實驗目的:探究玻意耳定律。(2)實驗原理:對理想氣體要保持溫度不變、質量不變,才能得到較好的實驗效果,可以用圖像處理數據。深化拓展1.用油膜法估測分子的大小(1)理想化:認為油酸薄膜是由單層的油酸分子緊密排列組成。(2)模型化:在估測油酸分子大小的數量級時,把每個油酸分子簡化為球體。(3)厚度直徑化:認為油膜的厚度等于油酸分子的直徑。

密封性要好,不能漏氣2.探究氣體壓強與體積的關系實驗注意點(1)為保持氣體溫度不變,實驗過程中不要用手握住注射器有氣體的部位;同時,改變體積過程應緩慢,以免影響密閉氣體的溫度。(2)在等溫過程中,氣體的p-V圖像呈現為雙曲線,要通過坐標變換,畫p-圖像,把雙曲線變為直線,以方便判斷p和V成反比。典例剖析例2(命題角度1)(2022上海模擬預測)在用油膜法估測分子大小的實驗中,用體積為A的純油酸配制成體積為B的油酸酒精溶液,再用滴管取體積為C的油酸酒精溶液,讓其自然滴出,共n滴。把1滴該溶液滴入盛水的、表面撒有痱子粉的淺盤里,待水面穩定后,將玻璃板放在淺盤上,用油性筆在玻璃板上描出油酸膜的輪廓,測得面積為S,如圖所示。(1)此估測方法是將每個油酸分子視為球形,讓油酸盡可能在水面上散開,則形成的油膜可視為

油膜,這層油膜的厚度可視為油酸分子的

;

(2)估算出油酸分子的直徑大小是

(用以上字母表示);

(3)用油膜法估算出油酸分子的直徑后,要測定阿伏加德羅常數,還需要知道油酸的

。

A.質量

B.體積 C.摩爾質量

D.摩爾體積(4)某同學計算出的油酸分子直徑明顯偏大,可能的原因是

。

A.油酸中含有大量酒精B.痱子粉撒太多,油膜未能充分展開C.計算油膜面積時,將所有不完整的方格都作為一格保留D.計算每滴溶液中純油酸的體積時,1mL油酸酒精溶液的滴數多記了10滴單分子

直徑

DB解析

(1)此估測方法是將每個油酸分子視為球形,讓油酸盡可能在水面上散開,則形成的油膜可視為單分子油膜,這層油膜的厚度可視為油酸分子的直徑。(3)用油膜法估算出油酸分子的直徑后,可以根據體積公式估算出1個油酸分子的體積,要測定阿伏加德羅常數,還需要知道NA個油酸分子的總體積,即油酸的摩爾體積,故選D。(4)油酸中雖含有大量酒精,但只要每一滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積計算準確,就不會造成實驗結果明顯偏大的情況,A錯誤;痱子粉撒太多,油膜未能充分展開,則S測量值偏小,會造成d測量值偏大,B正確;計算油膜面積時,將所有不完整的方格都作為一格保留,則S測量值偏大,會造成d測量值偏小,C錯誤;計算每滴溶液中純油酸的體積時,1

mL油酸酒精溶液的滴數多記了10滴,則每一滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積測量值偏小,會造成d測量值偏小,D錯誤。對點訓練3.(命題角度1)(2022上海浦東模擬預測)在油膜法測分子直徑的實驗中,某同學操作如下:①取1.0mL油酸配成250mL油酸酒精溶液;②用滴管吸取1.0mL油酸酒精溶液逐滴滴入量筒,全部滴完共滴了20滴;③在邊長約10cm的正方形淺盤內注入適量的水,將痱子粉均勻地撒在水面上,用滴管滴入一滴上述油酸酒精溶液;④待油膜形狀穩定后,將繪有方格的玻璃板放在淺盤上,繪出油酸膜的輪廓(如圖所示),每個方格的邊長為1.0cm。(1)該實驗中一滴油酸酒精溶液含

mL純油酸。

(2)由上述數據估算得到油酸分子直徑的數量級約為

m。

(3)若該同學在計算油酸膜面積時,對不完整的方格均不計數,由此估算得到的油酸分子直徑數量級將

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

(4)已知油酸分子的直徑約為8×10-10m,該同學實驗結果產生偏差的可能原因是:

。

理由是:

。

2×10-4

10-8

不變

(3)若該同學在計算油酸膜面積時,對不完整的方格均不計數,則算得的油膜的面積偏小,由此估算得到的油酸分子直徑偏大,但是數量級不變。(4)已知油酸分子的直徑約為

8×10-10

m,該同學實驗結果偏大,則產生偏差的可能原因是:油酸膜可能沒有充分展開,形成的并不是單分子油膜層。理由是:2×10-10

m3的油酸若形成緊密排列的單分子膜時,膜面積約為

0.25

m2,遠大于淺盤內的水面面積,說明實際上油膜不可能僅是一層油酸分子構成的。4.(命題角度2)(2022山東聊城模擬)圖甲是探究氣體等溫變化規律的實驗裝置。甲(1)實驗中為了保持封閉氣體的溫度不變,下列措施正確的是

。

A.在活塞上涂上潤滑油B.推拉活塞時要緩慢C.不要用手直接握在注射器上D.實驗前注射器內要吸入盡量多的空氣(2)圖乙是兩同學在某次實驗中得到的p-圖像,若兩人實驗時操作均正確無誤,且選取坐標標度相同,那么兩圖線斜率不同的主要原因是

。(3)如圖丙所示,某同學在實驗中根據實驗數據畫出的圖線不是直線而出現了向下彎曲,則可能的原因是

。BC兩同學實驗時所用封閉氣體的質量不同

實驗過程中氣體質量減小或氣體溫度降低

解析

(1)在活塞上涂上潤滑油是為了避免實驗過程中氣體泄漏,并不是為了保持封閉氣體的溫度不變,A錯誤;推拉活塞時要緩慢,使封閉氣體有足夠的時間與外界發生熱交換,從而保持封閉氣體的溫度不變,B正確;不要用手直接握在注射器上,防止氣體溫度升高,C正確;實驗前注射器內吸入盡量多的空氣,與保持封閉氣體的溫度不變無關,D錯誤。(2)在兩人實驗時操作均正確無誤,且選取坐標標度相同的情況下,p-圖像的斜率不同,即pV不同,在溫度相同和氣體種類相同的情況下,pV與氣體質量有關,pV越大質量越大,所以兩圖線斜率不同的主要原因是兩同學實驗時所用封閉氣體的質量不同。微專題?熱考命題突破命題篇創新實驗光學、熱學創新類實驗歸納分析知識精要光學實驗中“測量玻璃的折射率”的原型實驗是通過“插針法”獲得光路圖進行實驗的,在創新考法中可以改變獲得光路圖的方法進行實驗;“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗是用雙縫獲得相干光源來進行實驗的,在創新考法中可以用反射法獲得相干光源進行實驗。熱學實驗中“用油膜法估測分子的大小”這個實驗很難有創新的考法;探究“等溫情況下一定質量氣體壓強與體積的關系”的原型實驗是注射器與壓強傳感器組合進行,考查玻意耳定律,本實驗既可以從實驗器材上進行創新,也可以從實驗原理上進行遷移探究“等容情況下一定質量氣體壓強與溫度的關系”。考向分析目前新高考中還是傳統的“一力一電”兩個實驗,光學和熱學實驗還沒有出現,但不排除以后新高考中考查光學和熱學實驗,我們在復習中仍要重視光學和熱學實驗。(1)此實驗中研究對象是

(只填序號:①燒瓶中氣體;②燒瓶和AB管中的氣體;③BC下面橡膠管中的氣體)。若氣體溫度升高,為使瓶內氣體的體積不變,應將C管

(選填“向上”或“向下”)移動,直至B內的水銀面回到原位置。

(2)實驗中使瓶內氣體的體積不變,多次改變氣體溫度,用Δt表示氣體升高的攝氏溫度,用p表示燒瓶內氣體壓強。根據測量數據作出的圖線是

。

②

向上

C(3)同學還想用此實驗裝置驗證玻意耳定律,在保證溫度不變的情況下,尋找體積和壓強滿足的關系,現在不知道大氣壓強的具體數值,但大氣壓強可視為不變。也無法直接測出氣體的體積和B管的內徑,但該同學通過分析還是可以驗證玻意耳定律。保證溫度不變的方法是

。(只填序號:①保持實驗環境溫度不變;②移動C管要迅速;③測量數據要快)

①

解析

(1)由題圖可知C管開口向上,所以BC下面軟管中的氣體的壓強等于大氣壓強與C管豎直部分液柱的壓強之和,所以實驗中是研究燒瓶和AB管中的氣體在體積不變的條件下,壓