专题8 第3讲 热学、光学实验(Word教参)-【精讲精练】2026年高考物理二轮专题辅导与训练

该高中物理高考复习讲义聚焦热学、光学实验专题，涵盖油膜法估测分子大小、气体压强与体积关系、测定玻璃折射率、双缝干涉测波长四个高考核心实验，按“模型构建-实验思路-数据处理”逻辑组织知识点，通过考点梳理、方法指导、真题训练三个教学环节，帮助学生系统突破实验原理与误差分析难点。 资料以科学思维和科学探究为导向，创新采用“实验原理+数据处理+真题迁移”教学策略，如气体实验中通过p-1/V图像转化培养模型建构能力，双缝干涉中用条纹间距公式推导强化科学推理。设置基础例题与高考真题分层训练，确保学生高效掌握实验设计与数据处理技巧，为教师精准把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

第3讲　热学、光学实验 命题点一　用油膜法估测油酸分子的大小 [对应学生用书P92] 1．模型构建 油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子层油膜，用d＝计算出油膜的厚度，油膜厚度等于油酸分子直径。 2．实验思路 由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验前需要将油酸稀释，使油酸分子在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜。可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液的体积。油酸分子直径等于油酸的体积与单分子层油膜的面积之比，故除测得一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积。 1．在“用油膜法估算分子的大小”的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，需要的器材和原料除油酸酒精溶液、浅盘、注射器、痱子粉、坐标纸、彩笔等外，还需要的一项重要的器材是________。将5 mL的纯油酸配制成4000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得100滴油酸酒精溶液的体积为2 mL，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，则1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为________cm3。描出的油膜轮廓如图，坐标纸每格边长是0.6 cm。由此估算出油酸分子直径约为________cm。(保留1位有效数字) 解析　需要的器材和原料除油酸酒精溶液、浅盘、注射器、痱子粉、坐标纸、彩笔等外，为了描绘出轮廓还需要一项重要的器材是玻璃板；1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V0＝× cm3＝2.5×10-5 cm3，油膜面积为S＝143×0.6×0.6 cm2＝51.48 cm2，油酸分子直径约为d＝＝ cm＝5×10-7 cm。 答案　玻璃板　2.5×10-5　5×10-7 2．(1)下列说法正确的是________。(多选，填字母) A．分子间距离减小时，分子力可能减小 B．具有各向同性的物体一定是非晶体 C．布朗运动就是分子的热运动 D．实际气体的分子之间的平均距离足够大(大于10-9 m)时都可以看作是理想气体 (2)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，配制的油酸酒精溶液中纯油酸与溶液体积之比为1∶500，1 mL该溶液可滴250滴，那么一滴溶液的体积是________ mL，所以一滴溶液中纯油酸的体积V＝______ cm3。若实验中测得的结果如下表所示，请根据所给数据通过计算写出表中空白处的数值③______、④______。(结果保留2位有效数字) 次数 1滴油酸酒精溶液形成的油膜面积S/cm2 油酸分子的直径d/cm d的平均值/m 1 533 1.5×10-8 ④ 2 493 1.6×10-8 3 563 ③ 解析　(1)当分子间距离从大于r0的位置开始减小时，分子力随分子间距离的减小先增大后减小，故选项A正确；具有各向同性的物体不一定是非晶体，多晶体也具有各向同性，故B错误；布朗运动是固体小颗粒的运动，间接反映了液体分子的无规则运动，故C错误；分子力是短程力，实际气体的分子之间的平均距离足够大(大于10-9 m)时都可以看作是理想气体，故D正确。 (2)根据题意可知，1 mL该溶液可滴250滴，设一滴溶液的体积为V1，则有V1＝＝4×10-3 mL 一滴溶液中纯油酸的体积为V＝4×10-3 mL×＝8×10-6 cm3 油酸分子的直径d3＝＝ cm＝1.4×10-8 cm 则油酸分子三次的平均值d＝＝1.5×10-8 m。 答案　(1)AD　(2)4×10-3　8×10-6　1.4×10-8　1.5×10-8 命题点二　探究等温情况下一定质量气体的压强与体积的关系 [对应学生用书P93] 　　　在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p-V 图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示。处理实验数据时，要通过变换，即作p- 图像，把曲线变为直线，说明p和V成反比，如图乙所示。这是科学研究中常用的数据处理的方法，因为一次函数反映的物理规律比较直接，容易得出相关的对实验研究有用的参数。 3．(2023·山东卷)某实验小组利用图甲所示的实验装置探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体的压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)，逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线，如图乙所示。 回答以下问题： (1)在实验误差允许的范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体________。(填字母) A．p与V成正比　　 B．p与成正比 (2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，由图乙可读出封闭气体压强为_______Pa(保留3位有效数字)。 (3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而________(选填“增大”或“减小”)。 解析　(1)在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体，p与成正比，故选B。 (2)若气体被压缩到V＝10.0 mL，则有＝ mL-1＝100×10-3mL-1，由图乙可读出封闭气体压强为p＝2.04×105Pa。 (3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV，则在计算pV乘积时，根据p(V0＋ΔV)－pV0＝pΔV，可知他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而增大。 答案　(1)B　(2)2.04×105　(3)增大 4．(2025·河北卷)自动洗衣机水位检测的精度会影响洗净比和能效等级。某款洗衣机水位检测结构如图1所示。洗衣桶内水位升高时，集气室内气体压强增大，铁芯进入电感线圈的长度增加，从而改变线圈的自感系数。洗衣机智能电路通过测定LC振荡电路的频率来确定水位高度。 图1 某兴趣小组在恒温环境中对此装置进行实验研究。 (1)研究集气室内气体压强与体积的关系。 ①洗衣桶内水位H一定时，其内径D的大小________(选填“会”或“不会”)影响集气室内气体压强的大小。 ②测量集气室高度h0、集气室内径d。然后缓慢增加桶内水量，记录桶内水位高度H和集气室进水高度h，同时使用气压传感器测量集气室内气体压强p。H和h数据如下表所示。 H/cm 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 h/cm 0.33 0.40 0.42 0.52 0.61 0.70 0.78 0.87 实验中使用同一把刻度尺对H和h进行测量，根据数据判断，测量________(选填“H”或“h”)产生的相对误差较小。 ③利用数据处理软件拟合集气室内气体体积V与的关系曲线，如图2所示。图中拟合直线的延长线明显不过原点，经检查实验仪器完好，实验装置密封良好，操作过程规范，数据记录准确，则该延长线不过原点的主要原因是__________________________________。 图2 (2)研究洗衣桶水位高度与振荡电路频率的关系。图3是桶内水位在两个不同高度时示波器显示的u-t图像，u的频率即为LC振荡电路的频率。LC振荡电路的频率f与线圈自感系数L、电容C的关系是f＝，则图3中________(选填“甲”或“乙”)对应的水位较高。 图3 解析　(1)①集气室内气体压强的大小p1＝p0＋ρg(H－h)，所以洗衣桶内水位H一定时，其内径D的大小不会影响集气室内气体压强的大小； ②由于实验中使用同一把刻度尺进行测量，分度值相同，根据数据分析，桶内水位高度H明显大于集气室进水高度h，所以测量桶内水位高度H产生的相对误差较小； ③该延长线不过原点的主要原因是与集气室相连的细管中的气体被忽略不计，导致集气室气体体积V相比于实际气体体积偏小。 (2)桶内水位高度H越大，集气室内气体压强越大，铁芯进入电感线圈的长度越大，电感线圈的自感系数越大，LC振荡电路的频率越小，周期T＝越大，所以题图3中乙对应的水位较高。 答案　(1)①不会　②H　③与集气室相连的细管中的气体被忽略不计　(2)乙 命题点三　测定玻璃折射率 [对应学生用书P94] 测定玻璃折射率实验数据的处理方法 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．作sin θ1-sin θ2图像：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1-sin θ2图像，由n＝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”确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n 以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于点E，交折射光线OO′于点E′，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。 5．某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。如图甲所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。 (1)该同学接下来要完成的必要步骤有________。(多选，填字母) A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像 B．插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像 C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3 D．插上大头针P4使P4挡住P3和P1、P2的像 (2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O作垂直于aa′的直线NN′，连接OO′。测量图中角α和β的大小，该同学多次改变入射角，测得几组α和β，根据测得的α和β的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________。 (3)该同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图丙所示，则他测出的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析　(1)确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；确定P4大头针的位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。故A、C错误，B、D正确。 (2)由n＝图像的斜率表示折射率，故折射率大小n＝1.5。 (3)如图所示，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律n＝可知，测得的折射率将不变。 答案　(1)BD　(2)1.5　(3)不变 6．(2025·福建卷)(1)为测糖水的折射率与浓度的关系，设计如下实验：某次射入激光，测得数据如图甲所示，则糖水的折射率为________。 (2)改变糖水浓度，记录数据如表： n 1.32 1.34 1.35 1.38 1.42 η/% 10% 20% 30% 40% 50% 将30%的数据在图乙中描点后并连线，糖水浓度每增加10%，折射率的增加值为________(保留两位有效数字)。 解析　(1)根据题图甲由几何关系可知，入射角的正弦值sin i＝，折射角的正弦值sin r＝，根据折射定律得n＝＝。 (2)将(30%，1.35)数据在题图乙中描点并连线时，应使尽可能多的点落在线上，其余点均匀分布在线两则，如图所示，由图可知，糖水浓度每增加10%，折射率增加值为Δn＝＝0.020。 答案　(1)　(2)见解析图　0.020 命题点四　用双缝干涉实验测量光的波长 [对应学生用书P96] 1．实验原理 根据Δx＝λ，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 2．数据处理 (1)条纹间距的计算：转动测量头的手轮，分划板中心刻线在第1条亮条纹中央时读数为a1，在第n条亮条纹中央时读数为an，则Δx＝。 (2)波长的计算：根据条纹间距与波长的关系Δx＝λ得λ＝Δx。 7．某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题： (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。(填字母) A.将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝 (2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________。 (3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为______nm(结果保留3位有效数字)。 解析　(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，需要减小条纹间距，由公式Δx＝λ可知，需要减小双缝到屏的距离l或增大双缝间的距离d，故B项正确，A、C、D项错误。 (2)由题意可知＝λ，解得λ＝。 (3)将已知条件代入公式，解得λ＝630 nm。 答案　(1)B　(2)　(3)630 8．如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置。实验中： (1)观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是________。(填字母) A．旋转测量头 B．增大单缝与双缝间的距离 C．调节拨杆使单缝与双缝平行 (2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是________。(填字母) A．减小单缝与光源间的距离 B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 解析　(1)若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行。故选C。 (2)根据Δx＝λ可知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l，减小双缝的间距d。故选D。 答案　(1)C　(2)D 学科网（北京）股份有限公司 $