专题21 光学、热学实验-【口袋书】2024年高考物理一轮复习知识清单（全国通用）

专题21 光学、热学实验 考点内容(依据2020年考试说明) 考情 1．测定玻璃的折射率 2023·广东卷·11 2023·海南卷·14 2023·北京卷·15 2．用双缝干涉测量光的波长 3. 用油膜法估测油酸分子的大小 4.探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 知识点01 必考实验 2 一、测量玻璃的折射率 2 二、用双缝干涉实验测光的波长 6 三、用油膜法估测油酸分子的大小 9 四、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 11 知识点01 必考实验 一、测量玻璃的折射率 1.实验原理:当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线 OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。 再根据或计算出玻璃的折射率。 入射光线确认：在玻璃砖的一侧插两个大头针 A、B，AB 的延长线与直线 a 的交点就是O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A挡住，入射光沿AB连线方向。 折射光线确认：在眼睛这一侧再插第三个大头针 C，使它把A、B都挡住，插第四个大头针D，使它把前三个大头针都挡住，那么，后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线。 如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，求出折射角θ2， 2.实验器材：木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔． 3.实验过程 ①用图钉把白纸固定在木板上． ②在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′. ③画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针． ④在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′. ⑤眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P1、P2的像和P3. ⑥移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得到线段OO′. ⑦用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2. ⑧改变入射角，重复实验． 4.数据处理 ①计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的，并取平均值． ②图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作的图像，由可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率． ③“单位圆”法：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，如图所示，，，，则.只要用刻度尺量出的长度就可以求出n. 5.注意事项 ①玻璃砖作为光学元件，应注意保护它的光学面。不能用铅笔直接沿玻璃砖表面画界面线。 ②在实验过程中,玻璃砖两个界面应始终与所作的界面线对齐,不能随意移。 ③P1和P2、P2和01之间，P3和P4之间、P3和02之间的距离要稍大一些。 ④入射角不能太大，也不能太小，在20°~70°之间为宜。 ⑤尽可能将大头针竖直地插在铺有白纸的木板上。 ⑥玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。 ⑦不能把边界线和入射光线画的过粗。 【实战演练】 (2023·广东卷·11)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率。实验过程如下： 将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。 激光笔发出的激光从玻璃砖上的点水平入射，到达面上的点后反射到点射出。用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔的位置。 移走玻璃砖。在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作连线的延长线与面的边界交于点，如图所示。 用刻度尺测量和的长度和。的示数如图所示，为______ 。测得为。 利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式 ______ 。由测得的数据可得折射率为______ 结果保留位有效数字。 相对误差的计算式。为了减小、测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角______ 。 【答案】     大一些  【解析】解：刻度尺的分度值为，需要估读到分度值的下一位，则； 根据题意标出光线对应的入射角和折射角，如图所示： 结合几何关系和折射定律可得： 代入数据解得： 为了减小、测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角大一些。 二、用双缝干涉实验测光的波长【实战演练】 (2023·海南卷·14)用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的处有激光点，移走玻璃砖，光点移到处。 请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图； 已经测出，，，则折射率