专题20 热学和光学实验（复习讲义）（全国通用）2026年高考物理二轮复习讲练测

该高中物理高考复习讲义聚焦热学和光学实验专题，涵盖油膜法估测分子大小、气体压强与体积关系、玻璃折射率测量、双缝干涉测光波长等核心考点，按考情精解、知能架构、题型攻坚（传统实验与创新实验）逻辑组织，通过考点梳理、真题解析、方法指导帮助学生构建实验体系，突破难点。 资料以科学探究为导向，创新设计数字化实验分析（如气压传感器应用）和跨模块综合情境（如洗衣机水位检测），结合误差分析与图像处理培养科学思维，设置分层练习（真题+模拟），助力教师精准把控复习节奏，提升学生实验设计与数据处理能力。

专题20 热学和光学实验 目录 01 析·考情精解 2 02构·知能架构 3 03 破·题型攻坚 4 题型一 热学实验 4 真题动向 引入气压传感器等数字化测量工具，替代传统测量方法 必备知识 知识1 用油膜法估测油酸分子的大小 知识2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 命题预测 考向1 用油膜法估测油酸分子的大小 考向2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 题型二 光学实验 10 真题动向 考查图像分析和线性关系应用能力 必备知识 知识1 测量玻璃的折射率 知识2 用双缝干涉实验测光的波长 命题预测 考向1 测量玻璃的折射率 考向2 用双缝干涉实验测光的波长 题型三 光学、热学创新类实验 16 真题动向 突破传统实验装置，采用新的实验模型 必备知识 知识1 光学实验创新 知识2 热学实验创新 命题预测 考向1 创新光学实验 考向2 创新热学实验 命题轨迹透视 从近三年年高考看，热学和光学实验试题以选择题和实验题为主，难度中等。命题趋势：从基础仪器使用与现象观察→多实验原理的综合分析→与数字化传感器等技术结合→在科研或生活情境中探究规律，倾向于以实验设计为起点，以解决实际应用问题为落脚点。 考点频次总结 考点 2025年 2024年 2023年 光学实验 2025北京卷,15， 2025福建卷,12， 2024湖北卷,11， 2024河北卷,11， 2024安徽卷,11， 2024广东卷,11， 2024上海卷,5， 2024北京卷,15， 2023广东卷,11， 2023海南卷,14， 热学实验 2025河北卷,12 2024上海卷,1、2 2023山东卷,13， 2023江苏卷,9， 2023浙江卷,16， 2026命题预测 预计2026年高考中，热学和光学实验命题将突出以气体实验定律和光的干涉为模型，以数字化传感器和组合光具为载体，结合医疗、环境等实际情境进行实验探究，重点考查实验设计与数据处理能力，并常与近代物理初步知识相结合，多以实验题或选择题形式呈现。 光学与热学实验 光学实验 测量玻璃的折射率 用双缝干涉测量光的波长 热学实验 用油膜法估测分子的大小 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 题型一 热学实验 1．（2025·河北·高考真题）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振荡电路的频率来确定水位高度。 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 （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、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，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。 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 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 （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 (2)研究洗衣桶水位高度与振荡电路频率的关系图是桶内水位在两个不同高度时示波器显示的图像，u的频率即为振荡电路的频率。振荡电路的频率f与线圈自感系数L、电容C的关系是，则图中 （填“甲”或“乙”）对应的水位较高。 命题解读 新情境：以自动洗衣机水位检测为背景，将气体压强与体积关系、电磁振荡频率结合，体现物理知识在生活电器中的应用。 新考法：通过分析铁芯进入线圈长度对自感系数的影响，关联振荡频率与水位高度，考查跨模块知识（热学+电磁学）的综合应用。 新角度：实验数据处理中引入相对误差分析（H与h的测量误差比较），并通过V-1/p图像不过原点的原因分析，深化对实验系统误差的理解。 2．（2023·山东·高考真题）利用图甲所示实验装置可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，记录气体压强和体积（等于注射器示数与塑料管容积之和），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 。 A．与成正比    B．与成正比 （2）若气体被压缩到，由图乙可读出封闭气体压强为 （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，则在计算乘积时，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的增大而 （填“增大”或“减小”）。 命题解读 新情境：利用注射器和压强传感器研究等温过程，装置简洁但注重操作规范（如缓慢改变体积、避免手握住注射器）。 新考法：通过p-1/V图像过原点验证玻意耳定律，要求根据图像读取数据并分析遗漏塑料管容积对结果的影响。 新角度：从“直接验证规律”转向“误差来源分析”，如塑料管容积对体积测量的系统误差，考查实验设计的严谨性。 知识1 用油膜法估测油酸分子的大小 装置图 操作要点 数据处理 1.取适量纯油酸配制油酸酒精溶液。 2.用量筒测出体积Vn的溶液的滴数n。 3.将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上,将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。 4.油膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上描出油膜轮廓 1.算出每滴油酸酒精溶液的体积V0=。 2.算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 3.利用坐标纸估算油膜面积S。数格时不足半个的舍去,多于半个的算一个 4.算出薄膜的厚度d=(分子直径) 用油膜法估测分子的大小实验注意点 (1)理想化:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。 (2)模型化:在估测油酸分子大小的数量级时,把每个油酸分子简化为球体。 (3)厚度直径化:认为油膜的厚度等于油酸分子的直径。 知识2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 装置图 操作要点 数据处理 1.柱塞涂抹润滑油减小摩擦、防止漏气,保证气体质量不变。 2.缓慢改变气体体积,保证气体温度不变。实验中手不能握住注射器 3.改变气柱长度,测气柱长度(表示体积)与压强 画出气体等温变化的p-图像,图像是过原点的倾斜直线,说明压强与体积成反比 考向1 用油膜法估测油酸分子的大小 1．（25-26高三上·黑龙江齐齐哈尔·开学考试）(1)图甲是用扫描隧道显微镜拍下的一个“原子围栏”的照片。这个原子围栏是由96个铁原子在铜的表面排列成直径为的圆周而组成的，由此可以估算出铁原子的直径约为 m（π取3.14，结果保留1位有效数字）。 (2)在用油膜法估测分子大小的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图乙所示。坐标格的每个小正方形大小为。由图乙可以估算出油膜的面积是 ，由此估算出油酸分子的直径是 m（保留1位有效数字）。 (3)做“用油膜法估测分子的大小”实验时，四个同学都有一个操作错误，其中导致最后所测分子直径偏大的是 。 A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了 B．乙同学用注射器和量筒测得58滴油酸酒精溶液为1 mL，不小心错记录为57滴 C．丙同学在计算完注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器取溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针头比原来的粗 D．丁同学计算油膜面积时，把所有不足半格的油膜都算成了一格 2．（2025·河北·二模）做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。 (1)下列实验步骤的正确顺序是______（填写实验步骤前的序号）。 A．往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上 B．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定 C．将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小 D．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积 E．将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 (2)该实验体体现了理想化模型的思想，实验中我们的理想假设有_______。 A．把油酸分子视为球形 B．油酸在水面上充分散开形成单分子油膜 C．油酸分子是紧挨着的没有空隙 D．油酸不溶于水 (3)实验中，体积为的所用油酸酒精溶液中纯油酸的体积为，用注射器和量筒测得滴上述溶液的体积为，把一滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每个小正方形的边长为，则油酸薄膜的面积 ；可求得油酸分子的直径为 （用、、、、表示）。 (4)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为________。 A．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 B．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 C．用注射器和量筒测体积溶液滴数时多记录了几滴 D．油酸酒精溶液浓度计算值低于实际值 考向2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 3．（2025·重庆·模拟预测）利用图甲所示实验装置可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，注射器与气压计连接，注射器内封闭一定质量的空气，注射器刻度可测出气体体积（包含橡胶套内气体体积），气压计可测出压强。 (1)实验操作的过程中，需要保持不变的是封闭气体的（　　） A．压强 B．温度 C．体积 (2)某实验小组先后进行了两次正确的操作，并由记录的数据作出了图像，如图乙1、2图线所示。若两次实验气体的质量相同，则气体温度T1 T2（填“>”、“<”或“=”）；若两次实验气体的温度相同，则气体质量m1 m2（填“>”、“<”或“=”）。 4．（2025·河南郑州·模拟预测）用气体压强传感器做“探究气体等温变化的规律”实验，实验装置如图甲所示。 (1)关于该实验下列说法正确的是 。 A．注射器必须水平放置 B．为方便推拉柱塞，应用手握住注射器 C．为节约时间，实验时应快速推拉柱塞和读取数据 D．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油 (2)A组同学在操作规范、不漏气的前提下，测得多组压强p和 V的数据并作出 图线，发现图线不通过坐标原点，如图丙所示。则图中V0代表的物理含义是 ； (3)若A组同学利用所得实验数据作出的 图线，应该是 。 A．B．C． D． 题型二 光学实验 1．（2025·福建·高考真题）某实验小组探究糖水折射率n随浓度的变化规律。主要装置包括激光器和长方体玻璃缸，玻璃缸正面内侧刻有水平、竖直标尺，如图（a）所示。实验操作过程如下： （1）调配一定浓度的糖水，注入水平放置的玻璃缸中。 （2）打开激光器，让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水。 （3）调整激光器，使入射点O处于竖直刻度尺的正后方，光路如图（b）所示，其中A点是入射光线与玻璃缸上边沿所在平面的交点，B点是折射光线与玻璃缸底部的交点，A、B点到法线的距离分别为，到液面的距离分别为。测得的值，并利用表达式 （用表示）求出糖水折射率。 （4）改变缸内糖水浓度，进行多次实验，将实验数据填入下表。 浓度/% 11.8 21.1 32.0 39.1 51.1 折射率n 1.34 1.36 1.38 1.40 1.42 （5）在图（c）给出的坐标纸上补上浓度的数据点。分析图中数据点，可知糖水折射率随浓度近似线性变化，绘制出“”图线 。 （6）由所绘图线可知，糖水浓度每增加10.0%，折射率增大 。（结果保留2位有效数字） 命题解读 新情境：以长方体玻璃缸和激光器为装置，通过测量入射点与折射点的几何参数计算折射率，场景贴近液体光学性质研究。 新考法：利用几何关系（x1、x2、h1、h2）推导折射率表达式，并通过多组数据绘制n-c图像，考查图像分析与线性关系的应用。 新角度：从“固体折射率测量”拓展到“液体浓度与折射率的定量关系”，强调实验结论的实际应用（如通过折射率反推浓度）。 2．（2024·河北·高考真题）某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图1所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。 该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示： 单色光类别 单色光1 10.60 18.64 单色光2 8.44 18.08 根据表中数据，判断单色光1为 （填“红光”或“绿光”）。 命题解读 新情境：通过测量头记录不同单色光的条纹位置，对比红光与绿光的干涉条纹间距差异。 新考法：利用双缝干涉公式Δx=Lλ/d，通过条纹间距计算波长并判断光的颜色，考查实验数据的定量计算。 新角度：从“单一波长测量”转向“不同色光波长比较”，结合波长与频率的关系（红光波长大于绿光），深化对光的波动性的理解。 知识1 测量玻璃的折射率 装置图 操作要点 数据处理 1.把白纸固定在木板上。 2.画线、插针交替进行。 3.补全光路图。 4.测量入射角i和折射角γ,并查sin i和sin γ的值 如装置图,通过画单位圆,可以测量线段代替测量角度　　 1.由n=计算取平均值。 2.作sin i-sin γ图像,其斜率为折射率n 知识2 用双缝干涉实验测光的波长 装置图 操作要点 数据处理 1.同轴安装,双缝和单缝的缝平行。 2.观察白光和单色光的干涉条纹。 3.测量条纹间距，学会使用测量头测条纹间距 1.条纹间距Δx=。 2.波长λ=Δx。 3.测量多组数据,求λ的平均值 考向1 测量玻璃的折射率 1．（2025·北京大兴·模拟预测）某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。 (1)为测量玻璃的折射率，按如图所示进行实验，以下表述正确的一项是___________。（填正确答案标号） A．用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a′ B．在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2 C．实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差 (2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关。频率大，折射率 （填“大”或“小”） 2．（2025·山东济南·模拟预测）某同学在测量梯形玻璃的折射率时，发现只有两枚大头针，他按以下步骤测出了玻璃的折射率。 ①平铺白纸，描出玻璃砖的四条边、、、，如图甲所示。 ②眼睛在侧透过玻璃砖看棱（边和边所在侧面相交的棱），插第一个大头针A使它挡住棱，再插第二个大头针B使它挡住棱和大头针A。 ③撤去玻璃砖和大头针，在白纸上画出光线的径迹，测量相应的角度，计算玻璃砖的折射率。 (1)请在答题纸上画出光路图，标出入射角和折射角 。 (2)关于该实验，下列说法正确的是______。 A．为减小误差，要用铅笔紧贴着玻璃砖画出界面 B．判断棱与针是否在同一光路上时，应该观察大头针的头部 C．两枚大头针间距要适当远一些 D．选用边和边距离较大的玻璃砖，可减小测量误差 (3)若插针前不小心将玻璃砖向左移动了少许，如图乙所示，则折射率的测量结果 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。 考向2 用双缝干涉实验测光的波长 3．（2026·重庆沙坪坝·一模）某同学利用如图所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长， (1)下列与实验相关的说法中正确的是___________。 A．透镜的作用是使得射向单缝的光更集中 B．测量过程中误将6个条纹间距数成5个，波长测量值偏小 C．将双缝的间距变小，其他条件不变，则干涉条纹间距变窄 (2)下列图示中条纹间距表示正确的是___________。 A． B． C． D． (3)该同学测得双缝到光屏的距离，已知双缝间距，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标卡尺读数分别为：9.60mm和，则该单色光的波长 （结果保留三位有效数字）。 4．（2025·安徽·模拟预测）在某次利用图甲所示的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，调节器材，在目镜中可以观测到干涉图样。 (1)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的条纹与分划板竖线未对齐（如图乙所示），若不调节两者平行，将使得波长的测量结果_________（填标号）。 A．偏大 B．偏小 C．无影响 D．无法判断 (2)下列实验采用的方法与本实验类似方法的是_________。 A．“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中关于合力的测量 B．“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量 C．“用单摆测重力加速度”的实验中关于单摆周期的测量 D．“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中一滴油酸酒精溶液体积的测量 (3)条纹调节完毕后，移动测量头，使分划板的中心刻线对准第2条亮纹的中心，记下此时测量头读数；转动测量头，使分划板的中心刻线向右移动对准第条亮纹的中心，此时手轮上的读数为，已知双缝与屏的距离为，双缝间距为，则单色光的波长 。 (4)若把该装置整体放入纯净水中（不考虑水中杂质的影响），用同样的光源做实验，条纹间距将 （填“变大”“变小”或“无影响”） 题型三 光学、热学创新类实验 （2024·湖北·高考真题）某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下： ①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线和，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图（a）所示。 ②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。 ③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。 ④分别过M、P作BB'的垂线、，、是垂足，并用米尺分别测量、的长度x和y。 ⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出图像，如图（b）所示。 (1)关于该实验，下列说法正确的是_____（单选，填标号）。 A．入射角越小，误差越小 B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差 C．选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显 (2)根据图像，可得玻璃砖的折射率为 （保留三位有效数字）。 (3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。 命题解读 新情境：以半圆柱体玻璃砖为研究对象，通过激光束入射和折射光线与半圆弧交点的几何参数（x、y）计算折射率，装置设计新颖。 新考法：利用几何关系推导sinθ1=x/R、sinθ2=y/R，结合折射定律得出n=x/y，通过x-y图像斜率求解折射率。 新角度：从“矩形玻璃砖插针法”创新为“半圆柱玻璃砖几何法”，无需描点插针，通过数学推导简化实验操作，考查模型建构能力。 知识1 光学实验创新 光学实验中“测量玻璃的折射率”的原型实验是通过“插针法”获得光路图进行实验的,在创新考法中可以改变获得光路图的方法进行实验;“用双缝干涉测量光的波长”的实验是用双缝获得相干光源来进行实验的,在创新考法中可以用反射法获得相干光源进行实验。 知识2 热学实验创新 热学实验中“用油膜法估测分子的大小”这个实验很难有创新的考法;探究“等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”的原型实验是注射器与压强传感器组合进行,考查玻意耳定律,本实验既可以从实验器材上进行创新,也可以从实验原理上进行迁移探究“等容情况下一定质量气体压强与温度的关系”。 考向1 创新光学实验 1．（2025·辽宁沈阳·模拟预测）洛埃镜实验是利用平面镜研究光波的性质。某次实验时，小南用光电传感器代替光屏，测量单色光的波长，其原理如图甲所示，单色光从单缝S射出，一部分直接投射到传感器上，另一部分入射到平面镜后反射到传感器上。传感器沿矩形的长边（图中竖直方向） 均匀分布着许多光敏单元，各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示器得到各点的光照强度，形象地展示亮条纹的分布，得到干涉图像的条纹间距。图乙中a曲线是小南得到的干涉图像。 (1)由图甲可知单缝S到传感器的距离为 cm； (2)单缝S到平面镜的距离，则单色光的波长为 nm（保留3位有效数字）； (3)若只把光源换成频率更大的单色光，则新的光强分布是图乙中的 （填“b”或“c”）曲线。 2．（2025·山东·模拟预测）某同学用三角尺、毫米刻度尺和激光笔测矩形玻璃砖的折射率，实验过程如下： ①如图甲所示，在水平放置的白纸上画出一条直线，让玻璃砖的上边界与重合； ②让激光从玻璃砖下边界某位置射入玻璃砖，记录此时激光在下边界入射位置O和出射光线与的交点P； ③保持激光笔不动，移走玻璃砖，记录激光与的交点Q； ④过O点作的垂线，垂足为。 请回答下面问题： (1)用刻度尺测出长度a，如图乙所示，则 cm； (2)再用刻度尺测出长度b、长度c，该玻璃砖的折射率可以表示为 （用a、b、c表示）； (3)完成①后，不小心将玻璃砖向下平移了一小段距离，测得的折射率 （选填"偏大""偏小"或"不变"）。 考向2 创新热学实验 3．（2026·河北·一模）为了探究“等温条件下气体压强与体积的关系”，某同学设计了如图甲所示的实验装置。水平桌面上固定一足够高、导热性能良好、开口向上的汽缸，质量为m0、横截面积为S、厚度不计的光滑活塞密封一定质量的理想气体，轻质细绳一端连接活塞中心，另一端绕过两个光滑定滑轮连接轻质沙桶（桶中开始没有细沙），连接活塞的细绳竖直，在桶中加入细沙之前，活塞稳定时，活塞到汽缸底部的高度为。已知重力加速度为g，大气压强为，环境温度不变。 (1)在桶中加入细沙之前，活塞稳定时，密封气体的压强 。 (2)在沙桶中缓慢加入一定质量的细沙，活塞稳定时，记录下沙桶中细沙的质量m与活塞到汽缸底部的高度h，多次重复这一过程，得到多组m、h的数据，利用所得数据，描绘出图像如图乙所示，则该图像的纵截距为 ；根据图乙可知该图像的横截距为a，若在误差允许的范围内，满足大气压强 ，则温度一定时，气体压强与体积成反比。 4．（2025·四川成都·三模）某同学利用图示装置探究一定质量的理想气体在温度不变时压强p与体积V的关系。如图所示，U形管两端是粗细均匀的细玻璃管，中间是软管。右边玻璃管上端开口与大气相通，左边带刻度尺的玻璃管上端封闭，其内部用水银封闭一段空气，抬高U形管右端，使右侧水银面高于左侧。已知大气压强为，水银的密度为，重力加速度大小为g。 (1)实验步骤如下： ①用两铁架台竖直固定U形管的左右两管，待管内水银柱稳定时，读出空气柱的长度l和U形管左右水银面的高度差h，此时封闭气体的压强p= ； ②缓慢调节U形管的左右两边，改变U形管左右水银面的高度差h，记录空气柱长度l； ③多次实验，记录多组数据，分析得出结论。 (2)正确实验后，若以p为横坐标，以 （选填“l”或“”）为纵坐标，在实验误差允许范围内，可描绘出一条过原点的直线。 (3)另一同学重复实验，计算了多组p与l的乘积，发现p与l的乘积随压强p增大而变小，写出导致该现象的一个可能原因 。 1 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题20 热学和光学实验 目录 01 析·考情精解 2 02构·知能架构 3 03 破·题型攻坚 4 题型一 热学实验 4 真题动向 引入气压传感器等数字化测量工具，替代传统测量方法 必备知识 知识1 用油膜法估测油酸分子的大小 知识2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 命题预测 考向1 用油膜法估测油酸分子的大小 考向2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 题型二 光学实验 13 真题动向 考查图像分析和线性关系应用能力 必备知识 知识1 测量玻璃的折射率 知识2 用双缝干涉实验测光的波长 命题预测 考向1 测量玻璃的折射率 考向2 用双缝干涉实验测光的波长 题型三 光学、热学创新类实验 20 真题动向 突破传统实验装置，采用新的实验模型 必备知识 知识1 光学实验创新 知识2 热学实验创新 命题预测 考向1 创新光学实验 考向2 创新热学实验 命题轨迹透视 从近三年年高考看，热学和光学实验试题以选择题和实验题为主，难度中等。命题趋势：从基础仪器使用与现象观察→多实验原理的综合分析→与数字化传感器等技术结合→在科研或生活情境中探究规律，倾向于以实验设计为起点，以解决实际应用问题为落脚点。 考点频次总结 考点 2025年 2024年 2023年 光学实验 2025北京卷,15， 2025福建卷,12， 2024湖北卷,11， 2024河北卷,11， 2024安徽卷,11， 2024广东卷,11， 2024上海卷,5， 2024北京卷,15， 2023广东卷,11， 2023海南卷,14， 热学实验 2025河北卷,12 2024上海卷,1、2 2023山东卷,13， 2023江苏卷,9， 2023浙江卷,16， 2026命题预测 预计2026年高考中，热学和光学实验命题将突出以气体实验定律和光的干涉为模型，以数字化传感器和组合光具为载体，结合医疗、环境等实际情境进行实验探究，重点考查实验设计与数据处理能力，并常与近代物理初步知识相结合，多以实验题或选择题形式呈现。 光学与热学实验 光学实验 测量玻璃的折射率 用双缝干涉测量光的波长 热学实验 用油膜法估测分子的大小 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 题型一 热学实验 1．（2025·河北·高考真题）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振荡电路的频率来确定水位高度。 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 （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、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，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。 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 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 （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 (2)研究洗衣桶水位高度与振荡电路频率的关系图是桶内水位在两个不同高度时示波器显示的图像，u的频率即为振荡电路的频率。振荡电路的频率f与线圈自感系数L、电容C的关系是，则图中 （填“甲”或“乙”）对应的水位较高。 【答案】(1) 不会 见解析 (2)乙 【详解】（1）①[1]集气室内气体压强等于桶内水位高度H和集气室进水高度的高度差产生的压强和大气压强之和，根据可知其内径D的大小不会影响影响集气室内气体压强的大小； ②[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，桶内水位高度明显大于集气室内进水高度，所以测量桶内水位高度产生的相对误差较小； ③[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相比于实际气体体积偏小。 （2）桶内水位高度越大，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，根据可知震荡电路的周期越大，所以图3中乙对应的水位较高。 命题解读 新情境：以自动洗衣机水位检测为背景，将气体压强与体积关系、电磁振荡频率结合，体现物理知识在生活电器中的应用。 新考法：通过分析铁芯进入线圈长度对自感系数的影响，关联振荡频率与水位高度，考查跨模块知识（热学+电磁学）的综合应用。 新角度：实验数据处理中引入相对误差分析（H与h的测量误差比较），并通过V-1/p图像不过原点的原因分析，深化对实验系统误差的理解。 2．（2023·山东·高考真题）利用图甲所示实验装置可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，记录气体压强和体积（等于注射器示数与塑料管容积之和），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 。 A．与成正比    B．与成正比 （2）若气体被压缩到，由图乙可读出封闭气体压强为 （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，则在计算乘积时，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的增大而 （填“增大”或“减小”）。 【答案】 B 增大 【详解】（1）[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，与成正比。 故选B。 （2）[2]若气体被压缩到，则有 由图乙可读出封闭气体压强为 （3）[3]某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，根据 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的增大而增大。 命题解读 新情境：利用注射器和压强传感器研究等温过程，装置简洁但注重操作规范（如缓慢改变体积、避免手握住注射器）。 新考法：通过p-1/V图像过原点验证玻意耳定律，要求根据图像读取数据并分析遗漏塑料管容积对结果的影响。 新角度：从“直接验证规律”转向“误差来源分析”，如塑料管容积对体积测量的系统误差，考查实验设计的严谨性。 知识1 用油膜法估测油酸分子的大小 装置图 操作要点 数据处理 1.取适量纯油酸配制油酸酒精溶液。 2.用量筒测出体积Vn的溶液的滴数n。 3.将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上,将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。 4.油膜形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上描出油膜轮廓 1.算出每滴油酸酒精溶液的体积V0=。 2.算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。 3.利用坐标纸估算油膜面积S。数格时不足半个的舍去,多于半个的算一个 4.算出薄膜的厚度d=(分子直径) 用油膜法估测分子的大小实验注意点 (1)理想化:认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成。 (2)模型化:在估测油酸分子大小的数量级时,把每个油酸分子简化为球体。 (3)厚度直径化:认为油膜的厚度等于油酸分子的直径。 知识2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 装置图 操作要点 数据处理 1.柱塞涂抹润滑油减小摩擦、防止漏气,保证气体质量不变。 2.缓慢改变气体体积,保证气体温度不变。实验中手不能握住注射器 3.改变气柱长度,测气柱长度(表示体积)与压强 画出气体等温变化的p-图像,图像是过原点的倾斜直线,说明压强与体积成反比 考向1 用油膜法估测油酸分子的大小 1．（25-26高三上·黑龙江齐齐哈尔·开学考试）(1)图甲是用扫描隧道显微镜拍下的一个“原子围栏”的照片。这个原子围栏是由96个铁原子在铜的表面排列成直径为的圆周而组成的，由此可以估算出铁原子的直径约为 m（π取3.14，结果保留1位有效数字）。 (2)在用油膜法估测分子大小的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图乙所示。坐标格的每个小正方形大小为。由图乙可以估算出油膜的面积是 ，由此估算出油酸分子的直径是 m（保留1位有效数字）。 (3)做“用油膜法估测分子的大小”实验时，四个同学都有一个操作错误，其中导致最后所测分子直径偏大的是 。 A．甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值小了 B．乙同学用注射器和量筒测得58滴油酸酒精溶液为1 mL，不小心错记录为57滴 C．丙同学在计算完注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器取溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针头比原来的粗 D．丁同学计算油膜面积时，把所有不足半格的油膜都算成了一格 【答案】(1)(2) 256 (3)AB 【详解】（1） （2）[1]根据面积的计算方式，不足半格的舍去，大于半格的算一个格，所以共有64格，故 [2]油酸酒精溶液中，油酸的浓度 一滴油酸酒精溶液的体积 一滴油酸酒精溶液中油酸的体积 则油酸分子的直径 （3）A．酒精倒多了导致实际浓度偏小，根据 可知测量的油酸分子直径偏大，A正确； B．58滴记为57滴导致每滴油酸体积偏大，根据 故测量油酸分子直径偏大，B正确； C．不小心拿错了一个注射器取溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针头比原来的粗，使得测量的一滴油酸的体积小于真实值，测量的油酸分子直径偏小，C错误； D．计算油膜面积时，把所有不足半格的油膜都算成了一格，使得测量的油膜面积偏大，测量的油酸分子直径偏小，D错误。 故选AB。 2．（2025·河北·二模）做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。 (1)下列实验步骤的正确顺序是______（填写实验步骤前的序号）。 A．往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上 B．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定 C．将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小 D．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积 E．将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 (2)该实验体体现了理想化模型的思想，实验中我们的理想假设有_______。 A．把油酸分子视为球形 B．油酸在水面上充分散开形成单分子油膜 C．油酸分子是紧挨着的没有空隙 D．油酸不溶于水 (3)实验中，体积为的所用油酸酒精溶液中纯油酸的体积为，用注射器和量筒测得滴上述溶液的体积为，把一滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每个小正方形的边长为，则油酸薄膜的面积 ；可求得油酸分子的直径为 （用、、、、表示）。 (4)某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为________。 A．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 B．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开 C．用注射器和量筒测体积溶液滴数时多记录了几滴 D．油酸酒精溶液浓度计算值低于实际值 【答案】(1)DABEC(2)ABC(3) 70a2 (4)AB 【详解】（1）用“用油膜法估测分子的大小”的实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。故操作先后顺序排列为DABEC； （2）A．把油酸分子看成球形为理想假设，故A正确； B．让油膜尽可能散开，形成单分子层为理想假设，故B正确。 C．油酸分子是紧挨着的没有空隙，不考虑分子间空隙为理想假设，故C正确； D．油酸本身不溶于水，不是理想假设，故D错误； 故选ABC。 （3）[1]将大于二分之一的格子视为一个格，舍掉小于二分之一的格子，则油酸薄膜的面积70a2 [2]一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 可求得油酸分子的直径为 （4）某同学实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，根据 A．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格，则S偏小，则测得的d偏大，选项A正确； B．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开，则S偏小，则测得的d偏大，选项B正确； C．用注射器和量筒测体积溶液滴数时多记录了几滴，则V偏小，则测得的d偏小，选项C错误； D．油酸酒精溶液浓度计算值低于实际值，则V偏小，则测得的d偏小，选项D错误。故选AB。 考向2 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 3．（2025·重庆·模拟预测）利用图甲所示实验装置可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，注射器与气压计连接，注射器内封闭一定质量的空气，注射器刻度可测出气体体积（包含橡胶套内气体体积），气压计可测出压强。 (1)实验操作的过程中，需要保持不变的是封闭气体的（　　） A．压强 B．温度 C．体积 (2)某实验小组先后进行了两次正确的操作，并由记录的数据作出了图像，如图乙1、2图线所示。若两次实验气体的质量相同，则气体温度T1 T2（填“>”、“<”或“=”）；若两次实验气体的温度相同，则气体质量m1 m2（填“>”、“<”或“=”）。 【答案】(1)B (2) > > 【详解】（1）实验操作的过程中，要验证温度不变时的压强和体积关系，则需要保持不变的是封闭气体的温度，故选B。 （2）[1][2]根据即第一次的斜率大于第二次的斜率，则若两次实验气体的质量相同，则气体温度T1>T2；若两次实验气体的温度相同，则气体质量m1>m2。 4．（2025·河南郑州·模拟预测）用气体压强传感器做“探究气体等温变化的规律”实验，实验装置如图甲所示。 (1)关于该实验下列说法正确的是 。 A．注射器必须水平放置 B．为方便推拉柱塞，应用手握住注射器 C．为节约时间，实验时应快速推拉柱塞和读取数据 D．为保证封闭气体的气密性，应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油 (2)A组同学在操作规范、不漏气的前提下，测得多组压强p和 V的数据并作出 图线，发现图线不通过坐标原点，如图丙所示。则图中V0代表的物理含义是 ； (3)若A组同学利用所得实验数据作出的 图线，应该是 。 A．B．C． D． 【答案】(1)D(2)胶管内气体体积(3)B 【详解】（1）A．探究气体的等温变化，研究对象为注射器内封闭的气体，注射器无需水平放置，只有保证封闭气体的温度、质量不变即可，A错误； B．实验中需要保持气体的温度不变，则实验中在推拉柱塞时，不能够用手握住注射器，避免人体温度引起封闭气体温度的变化，B错误； C．实验中需要保持气体的温度不变，因此在实验时需要缓慢推拉柱塞，稳定后再读取数据，C错误； D．实验中需要保持所研究气体的质量一定，为了保证封闭气体的气密性，实验时应在柱塞与注射器壁间涂上润滑油，D正确。故选D。 （2）图线不通过坐标原点，根据图像可知，图像中当V等于0时，气体压强的倒数不等于0，体积测量值V没有包含胶管内气体的体积，可知，纵截距的绝对值代表胶管内气体的体积； （3）结合上述可知，A组同学作出图线对应的函数方程为整理可得 可知，当体积V减小时，图像的斜率逐渐减小。 故选B。 题型二 光学实验 1．（2025·福建·高考真题）某实验小组探究糖水折射率n随浓度的变化规律。主要装置包括激光器和长方体玻璃缸，玻璃缸正面内侧刻有水平、竖直标尺，如图（a）所示。实验操作过程如下： （1）调配一定浓度的糖水，注入水平放置的玻璃缸中。 （2）打开激光器，让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水。 （3）调整激光器，使入射点O处于竖直刻度尺的正后方，光路如图（b）所示，其中A点是入射光线与玻璃缸上边沿所在平面的交点，B点是折射光线与玻璃缸底部的交点，A、B点到法线的距离分别为，到液面的距离分别为。测得的值，并利用表达式 （用表示）求出糖水折射率。 （4）改变缸内糖水浓度，进行多次实验，将实验数据填入下表。 浓度/% 11.8 21.1 32.0 39.1 51.1 折射率n 1.34 1.36 1.38 1.40 1.42 （5）在图（c）给出的坐标纸上补上浓度的数据点。分析图中数据点，可知糖水折射率随浓度近似线性变化，绘制出“”图线 。 （6）由所绘图线可知，糖水浓度每增加10.0%，折射率增大 。（结果保留2位有效数字） 【答案】 0.020 【详解】（3）[1]设入射角为，折射角为，根据几何关系有， 根据折射定律可得糖水的折射率为 （5）[2]将浓度的数据点为补在图上并绘制拟合直线，“”图线如图所示 （6）[3]由图线可知，图线斜率为0.20，即浓度每增加10.0%，折射率增大0.020。 命题解读 新情境：以长方体玻璃缸和激光器为装置，通过测量入射点与折射点的几何参数计算折射率，场景贴近液体光学性质研究。 新考法：利用几何关系（x1、x2、h1、h2）推导折射率表达式，并通过多组数据绘制n-c图像，考查图像分析与线性关系的应用。 新角度：从“固体折射率测量”拓展到“液体浓度与折射率的定量关系”，强调实验结论的实际应用（如通过折射率反推浓度）。 2．（2024·河北·高考真题）某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图1所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。 该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示： 单色光类别 单色光1 10.60 18.64 单色光2 8.44 18.08 根据表中数据，判断单色光1为 （填“红光”或“绿光”）。 【答案】绿光 【详解】根据，可得由图表带入数据可知，故则已知绿光的波长小于红光波长，则单色光1是绿光。 命题解读 新情境：通过测量头记录不同单色光的条纹位置，对比红光与绿光的干涉条纹间距差异。 新考法：利用双缝干涉公式Δx=Lλ/d，通过条纹间距计算波长并判断光的颜色，考查实验数据的定量计算。 新角度：从“单一波长测量”转向“不同色光波长比较”，结合波长与频率的关系（红光波长大于绿光），深化对光的波动性的理解。 知识1 测量玻璃的折射率 装置图 操作要点 数据处理 1.把白纸固定在木板上。 2.画线、插针交替进行。 3.补全光路图。 4.测量入射角i和折射角γ,并查sin i和sin γ的值 如装置图,通过画单位圆,可以测量线段代替测量角度　　 1.由n=计算取平均值。 2.作sin i-sin γ图像,其斜率为折射率n 知识2 用双缝干涉实验测光的波长 装置图 操作要点 数据处理 1.同轴安装,双缝和单缝的缝平行。 2.观察白光和单色光的干涉条纹。 3.测量条纹间距，学会使用测量头测条纹间距 1.条纹间距Δx=。 2.波长λ=Δx。 3.测量多组数据,求λ的平均值 考向1 测量玻璃的折射率 1．（2025·北京大兴·模拟预测）某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。 (1)为测量玻璃的折射率，按如图所示进行实验，以下表述正确的一项是___________。（填正确答案标号） A．用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a′ B．在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2 C．实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差 (2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关。频率大，折射率 （填“大”或“小”） 【答案】(1)B(2)大 【详解】（1）A．在白纸上画出一条直线a作为界面，把长方体玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与a对齐。用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和，故A错误； B．在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2，故B正确； C．实验时入射角θ1应尽量大一些，但也不能太大，以减小实验误差，故C错误。故选B。 （2）绿光频率大于红光，由图乙，绿光折射角比红光折射角小，故有 故对于同一种介质，折射率与光的频率有关，频率大，折射率大。 2．（2025·山东济南·模拟预测）某同学在测量梯形玻璃的折射率时，发现只有两枚大头针，他按以下步骤测出了玻璃的折射率。 ①平铺白纸，描出玻璃砖的四条边、、、，如图甲所示。 ②眼睛在侧透过玻璃砖看棱（边和边所在侧面相交的棱），插第一个大头针A使它挡住棱，再插第二个大头针B使它挡住棱和大头针A。 ③撤去玻璃砖和大头针，在白纸上画出光线的径迹，测量相应的角度，计算玻璃砖的折射率。 (1)请在答题纸上画出光路图，标出入射角和折射角 。 (2)关于该实验，下列说法正确的是______。 A．为减小误差，要用铅笔紧贴着玻璃砖画出界面 B．判断棱与针是否在同一光路上时，应该观察大头针的头部 C．两枚大头针间距要适当远一些 D．选用边和边距离较大的玻璃砖，可减小测量误差 (3)若插针前不小心将玻璃砖向左移动了少许，如图乙所示，则折射率的测量结果 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】(1)见解析(2)CD(3)偏大 【详解】（1）连接AB作出折射光，延长AB与cd相交作出入射点，并与a连接，作出入射光，光路图如图所示 （2）A．为了避免影响玻璃砖界面的清晰程度，实验中不能够用铅笔紧贴着玻璃砖画出界面，应沿界面作出两点之后将两点连接，故A错误； B．为了判断棱与针是否在同一光路上时，应该观察大头针的底部，故B错误； C．为了准确确定光路，两枚大头针间距要适当远一些，故C正确； D．为了准确确定光路，选用边和边距离较大的玻璃砖，可减小测量误差，故D正确。故选CD。 （3）若插针前不小心将玻璃砖向左移动了少许，玻璃砖中入射角的测量值偏小，空气中的折射角不变，根据折射定律可知，折射率的测量结果偏大。 考向2 用双缝干涉实验测光的波长 3．（2026·重庆沙坪坝·一模）某同学利用如图所示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长， (1)下列与实验相关的说法中正确的是___________。 A．透镜的作用是使得射向单缝的光更集中 B．测量过程中误将6个条纹间距数成5个，波长测量值偏小 C．将双缝的间距变小，其他条件不变，则干涉条纹间距变窄 (2)下列图示中条纹间距表示正确的是___________。 A． B． C． D． (3)该同学测得双缝到光屏的距离，已知双缝间距，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标卡尺读数分别为：9.60mm和，则该单色光的波长 （结果保留三位有效数字）。 【答案】(1)A(2)C(3) 【详解】（1）A．透镜的作用是使得射向单缝的光更集中，故A正确； B．数错条纹数导致偏大，波长测量值偏大，故B错误； C．双缝间距变小，条纹间距变大，故C错误。故选A。 （2）分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐。故选C。 （3）由其中可得 4．（2025·安徽·模拟预测）在某次利用图甲所示的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，调节器材，在目镜中可以观测到干涉图样。 (1)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的条纹与分划板竖线未对齐（如图乙所示），若不调节两者平行，将使得波长的测量结果_________（填标号）。 A．偏大 B．偏小 C．无影响 D．无法判断 (2)下列实验采用的方法与本实验类似方法的是_________。 A．“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中关于合力的测量 B．“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量 C．“用单摆测重力加速度”的实验中关于单摆周期的测量 D．“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中一滴油酸酒精溶液体积的测量 (3)条纹调节完毕后，移动测量头，使分划板的中心刻线对准第2条亮纹的中心，记下此时测量头读数；转动测量头，使分划板的中心刻线向右移动对准第条亮纹的中心，此时手轮上的读数为，已知双缝与屏的距离为，双缝间距为，则单色光的波长 。 (4)若把该装置整体放入纯净水中（不考虑水中杂质的影响），用同样的光源做实验，条纹间距将 （填“变大”“变小”或“无影响”） 【答案】(1)A(2)CD(3)(4)变小 【详解】（1）根据双缝干涉条纹间距公式，条纹与分划板竖线未对齐时，测量的条纹间距偏大，由波长可得，偏大则波长测量结果偏大。故选A。 （2）光的双缝干涉测波长是通过测量多个条纹间距求平均值减小误差，属于放大测量求平均值法。 A．“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中关于合力的测量，用的等效替代法，故A不符合题意； B．“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量，属于多次求平均值，故B不符合题意； C．“用单摆测重力加速度”的实验中关于单摆周期的测量，属于放大测量求平均值法，故C符合题意； D．“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中一滴油酸酒精溶液体积的测量，属于放大测量求平均值法，故D符合题意。故选CD。 （3）由题可得，相邻亮条纹间的间距由可得 （4）光在水中的波速变小，频率不变，由可知光在水中波长变小，根据，变小则条纹间距变小。 题型三 光学、热学创新类实验 （2024·湖北·高考真题）某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下： ①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线和，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图（a）所示。 ②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。 ③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。 ④分别过M、P作BB'的垂线、，、是垂足，并用米尺分别测量、的长度x和y。 ⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出图像，如图（b）所示。 (1)关于该实验，下列说法正确的是_____（单选，填标号）。 A．入射角越小，误差越小 B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差 C．选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显 (2)根据图像，可得玻璃砖的折射率为 （保留三位有效数字）。 (3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】(1)B(2)1.57(3)不变 【详解】（1）A．入射角适当即可，不能太小，入射角太小，导致折射角太小，测量的误差会变大，故A错误； B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，故B正确； C．相同的材料在各点的折射效果都一样，故C错误。 故选B。 （2）设半圆柱体玻璃砖的半径为，根据几何关系可得入射角的正弦值为折射角的正弦值为折射率可知图像斜率大小等于折射率，即 （3）根据（2）中数据处理方法可知若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果不变。 命题解读 新情境：以半圆柱体玻璃砖为研究对象，通过激光束入射和折射光线与半圆弧交点的几何参数（x、y）计算折射率，装置设计新颖。 新考法：利用几何关系推导sinθ1=x/R、sinθ2=y/R，结合折射定律得出n=x/y，通过x-y图像斜率求解折射率。 新角度：从“矩形玻璃砖插针法”创新为“半圆柱玻璃砖几何法”，无需描点插针，通过数学推导简化实验操作，考查模型建构能力。 知识1 光学实验创新 光学实验中“测量玻璃的折射率”的原型实验是通过“插针法”获得光路图进行实验的,在创新考法中可以改变获得光路图的方法进行实验;“用双缝干涉测量光的波长”的实验是用双缝获得相干光源来进行实验的,在创新考法中可以用反射法获得相干光源进行实验。 知识2 热学实验创新 热学实验中“用油膜法估测分子的大小”这个实验很难有创新的考法;探究“等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”的原型实验是注射器与压强传感器组合进行,考查玻意耳定律,本实验既可以从实验器材上进行创新,也可以从实验原理上进行迁移探究“等容情况下一定质量气体压强与温度的关系”。 考向1 创新光学实验 1．（2025·辽宁沈阳·模拟预测）洛埃镜实验是利用平面镜研究光波的性质。某次实验时，小南用光电传感器代替光屏，测量单色光的波长，其原理如图甲所示，单色光从单缝S射出，一部分直接投射到传感器上，另一部分入射到平面镜后反射到传感器上。传感器沿矩形的长边（图中竖直方向） 均匀分布着许多光敏单元，各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示器得到各点的光照强度，形象地展示亮条纹的分布，得到干涉图像的条纹间距。图乙中a曲线是小南得到的干涉图像。 (1)由图甲可知单缝S到传感器的距离为 cm； (2)单缝S到平面镜的距离，则单色光的波长为 nm（保留3位有效数字）； (3)若只把光源换成频率更大的单色光，则新的光强分布是图乙中的 （填“b”或“c”）曲线。 【答案】(1)61.0(2)610(3)b 【详解】（1）由图甲可知单缝S到传感器的距离为 （2）等效双缝宽度为 由图乙中a曲线可知相邻亮条纹中心间距 由，可得单色光的波长为 （3）若只把光源换成频率更大的单色光，则波长变小，根据可知，条纹间距变小，可知新的光强分布是图乙中的b。 2．（2025·山东·模拟预测）某同学用三角尺、毫米刻度尺和激光笔测矩形玻璃砖的折射率，实验过程如下： ①如图甲所示，在水平放置的白纸上画出一条直线，让玻璃砖的上边界与重合； ②让激光从玻璃砖下边界某位置射入玻璃砖，记录此时激光在下边界入射位置O和出射光线与的交点P； ③保持激光笔不动，移走玻璃砖，记录激光与的交点Q； ④过O点作的垂线，垂足为。 请回答下面问题： (1)用刻度尺测出长度a，如图乙所示，则 cm； (2)再用刻度尺测出长度b、长度c，该玻璃砖的折射率可以表示为 （用a、b、c表示）； (3)完成①后，不小心将玻璃砖向下平移了一小段距离，测得的折射率 （选填"偏大""偏小"或"不变"）。 【答案】(1)(2)(3)偏小 【详解】（1）根据毫米刻度尺的读数规则，要估读到分度值的下一位，图中刻度尺的分度值是，所以。 （2）设入射角为，折射角为。由几何关系可知 根据折射定律可得 （3）完成①后，玻璃砖向下平移一小段距离，入射角不变，折射角增大，根据 可知测得的折射率偏小。 考向2 创新热学实验 3．（2026·河北·一模）为了探究“等温条件下气体压强与体积的关系”，某同学设计了如图甲所示的实验装置。水平桌面上固定一足够高、导热性能良好、开口向上的汽缸，质量为m0、横截面积为S、厚度不计的光滑活塞密封一定质量的理想气体，轻质细绳一端连接活塞中心，另一端绕过两个光滑定滑轮连接轻质沙桶（桶中开始没有细沙），连接活塞的细绳竖直，在桶中加入细沙之前，活塞稳定时，活塞到汽缸底部的高度为。已知重力加速度为g，大气压强为，环境温度不变。 (1)在桶中加入细沙之前，活塞稳定时，密封气体的压强 。 (2)在沙桶中缓慢加入一定质量的细沙，活塞稳定时，记录下沙桶中细沙的质量m与活塞到汽缸底部的高度h，多次重复这一过程，得到多组m、h的数据，利用所得数据，描绘出图像如图乙所示，则该图像的纵截距为 ；根据图乙可知该图像的横截距为a，若在误差允许的范围内，满足大气压强 ，则温度一定时，气体压强与体积成反比。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）在桶中加入细沙之前，活塞稳定时，根据平衡条件可得 解得密封气体的压强 （2）[1][2]在沙桶中缓慢加入一定质量的细沙，活塞稳定时，根据平衡条件可得 解得 根据玻意耳定律可知 联立整理可得 可知图像的纵截距为； 根据图乙可知该图像的横截距为a，则有 可得。 4．（2025·四川成都·三模）某同学利用图示装置探究一定质量的理想气体在温度不变时压强p与体积V的关系。如图所示，U形管两端是粗细均匀的细玻璃管，中间是软管。右边玻璃管上端开口与大气相通，左边带刻度尺的玻璃管上端封闭，其内部用水银封闭一段空气，抬高U形管右端，使右侧水银面高于左侧。已知大气压强为，水银的密度为，重力加速度大小为g。 (1)实验步骤如下： ①用两铁架台竖直固定U形管的左右两管，待管内水银柱稳定时，读出空气柱的长度l和U形管左右水银面的高度差h，此时封闭气体的压强p= ； ②缓慢调节U形管的左右两边，改变U形管左右水银面的高度差h，记录空气柱长度l； ③多次实验，记录多组数据，分析得出结论。 (2)正确实验后，若以p为横坐标，以 （选填“l”或“”）为纵坐标，在实验误差允许范围内，可描绘出一条过原点的直线。 (3)另一同学重复实验，计算了多组p与l的乘积，发现p与l的乘积随压强p增大而变小，写出导致该现象的一个可能原因 。 【答案】(1) (2) (3)左端玻璃管密封不严有漏气 【详解】（1）此时封闭气体的压强为p= （2）气体温度不变，根据理想气体状态方程 可得 可见以p为横坐标，以为纵坐标，在实验误差允许范围内，可描绘出一条过原点的直线； （3）根据理想气体状态方程 知 可见p与l的乘积随压强p增大而减小，即变小，则可能是气体的物质的量n变小，故装置可能漏气。 1 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $