2026届高三物理二轮专题复习 第18讲 热学和光学实验 专题强化练习

第18讲 热学和光学实验 专题强化练习 一.选择题： 1.(2025·广西卷·改编)关于用油膜法测分子直径的实验，下列说法不正确的是(　　) A.油膜的厚度，可以看成是球形的直径 B.油膜稳定时，油酸分子还在做热运动 C.展开的薄膜，如果是不完整的方格，可以不计面积 D.实验时，加酒精比不加酒精更好地展开油膜 2.关于实验“用油膜法估测油酸分子的大小”，下列说法正确的是(　　) A.水面爽身粉撒得越多，形成的油膜轮廓越清晰，实验误差越小 B.配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精，会使实验结果偏大 C.在数一定量油酸酒精溶液的滴数时，如果少数了滴数，会使实验结果偏小 D.计算油膜面积时将所有不完整的方格当作完整方格计入，会使实验结果偏小 3.(2025·江苏扬州市检测)用油膜法估测油酸分子大小的实验中，将a毫升纯油酸配制成b毫升的油酸酒精溶液，已知一滴油酸酒精溶液的体积为V，形成的油膜面积为S，下列说法正确的是(　　) A.测得油酸分子的直径为 B.向浅盘中滴入溶液时，滴管下端应远离水面 C.应先滴入油酸酒精溶液，后将爽身粉均匀地撒在水面上 D.为了便于操作，配制的油酸酒精溶液浓度要尽量大一些 4.某实验小组用如图所示装置探究气体做等温变化的规律。已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。从压力表上读取空气柱的压强，从注射器旁的刻度尺上读取空气柱的长度。关于该实验，下列说法正确的是(　　) A.为避免漏气，可在柱塞上涂抹适量润滑油 B.实验中应快速推拉柱塞，以免气体进入或漏出注射器 C.为方便推拉柱塞，应用手握紧注射器 D.柱塞移至某位置时，应快速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值 5.(2025·江苏南京市模拟)在“测量玻璃折射率”的实验中，通过“插针法”作出的光路图如图所示。关于此实验，下列说法正确的是(　　) A.插大头针P4时，要求P4的针帽正好挡住P1、P2、P3的针帽 B.相邻两个大头针插得较近可提高测量精度 C.若将玻璃砖的下边PQ画到图中P'Q'位置，测得折射率偏小 D.玻璃砖的折射率为 二．实验题： 6.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.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　　　　(填“增大”或“减小”)。  7.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AA'和BB'，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA'，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MM'、PP'，M'、P'是垂足，并用米尺分别测量MM'、PP'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y-x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y-x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”)。  8.杨氏双缝干涉实验被誉为史上“最美”的十大物理实验之一。在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图甲所示。 (1)双缝间距为d，光屏与双缝间的距离为L。从目镜中看到的干涉图样如图乙所示。使分划板的中心刻线对齐A亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示，其读数为　　　　 mm。若A、B两条亮条纹中央间距为x，则所测光的波长为　　　　(用所给物理量的字母表示)。  (2)若测量头中观察到的图样如图丁所示，波长的测量值　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)真实值。  9.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，按如图甲所示进行实验，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”)。  (3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束激光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分别为α2、α3(α2<α3)，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃　　　　　n介质(填“>”或“<”)。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。  10.某同学利用如图甲所示的装置测量某种单色光的波长。实验时，光源正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。 (1)该同学在测量相邻亮条纹的间距Δx时，并不是直接测量某相邻亮条纹的间距，而是先测量多个亮条纹的间距再求出Δx。下列测量采用了类似方法的有　　　　　　。  A.“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量 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.“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中1滴油酸酒精溶液体积的测量 (2)该同学转动手轮，使测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示，然后同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时手轮上的示数，如图丙所示为　　　　　 mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为　　　　　 mm(计算结果保留三位有效数字)。  (3)若相邻亮条纹的间距为Δx、单缝与屏的距离为L1，双缝与屏的距离为L2，单缝宽为d1，双缝间距为d2，则光的波长用上述部分物理量可表示为λ=　　　　　。  (4)关于此实验，下面几种说法正确的是　　　　　　。  A.仅撤掉滤光片，光屏仍能观察到干涉图样 B.仅将单缝移近双缝，光屏上观察到的条纹数变少 C.单、双缝相平行，两缝与光屏上的条纹相垂直 D.仅撤掉双缝，在光屏上可能观察到明暗相间的条纹 11.(2025·河北卷·12)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(a)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。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　　　　(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(b)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，下图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=，则图中　　　　(填“甲”或“乙”)对应的水位较高。  参考答案： 1.答案　C解析　在油膜法测分子直径的实验中，把油膜看成单分子油膜，即认为油膜是由一层分子构成的，所以油膜的厚度可以近似看成是球形分子的直径，故A正确；分子在永不停息地做无规则运动，与宏观物体是否处于稳定状态无关。油膜稳定时，油酸分子仍然在做热运动，故B正确；在计算油膜面积时，为了更准确地估算油膜的面积，对于不完整的格子，大于半格的算一格，小于半格的不计面积，而不是不完整的格子不计面积，故C错误；酒精可以溶解油酸，使油酸更容易在水面上展开形成单分子油膜，所以实验时加酒精比不加酒精更好地展开油膜，故D正确。 2.答案　D解析　水面爽身粉撒得过多，形成的油膜将不能完全散开形成单分子层，从而使油膜面积偏小，根据油酸分子直径的计算公式d=可知，油酸分子直径的测量值将偏大，故A错误； 首先，配制油酸酒精溶液本身就需要大量的酒精，其次，配置好的酒精油酸溶液滴入水面，酒精油酸溶液中的酒精将溶于水，而只有油酸浮于水面形成油膜，因此可知，配制的油酸酒精溶液中有大量的酒精并不会影响实验结果，故B错误； 在数一定量油酸酒精溶液的滴数时，如果少数滴数，将会使每一滴油酸酒精溶液的体积偏大，从而使计算时一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积偏大，最终将导致所测油酸分子直径偏大，故C错误； 计算油膜面积时将所有不完整的方格当作完整方格计入，将会使油膜面积偏大，从而导致油酸分子直径的测量值偏小，故D正确。 3.答案　A解析　由题意可知一滴油酸酒精溶液中的纯油酸的体积V0=V，则油酸分子的直径d==，A正确；向浅盘中滴入溶液时，滴管下端应靠近水面，B错误；应先将爽身粉均匀地撒在水面上，后再滴入油酸酒精溶液，C错误；油酸酒精溶液浓度过大，会导致无法在液面上形成单分子油膜，不利于减小测量误差，因此油酸酒精溶液浓度要适中，D错误。 4.答案　A解析　实验中为避免漏气导致所研究气体的质量发生变化，可在柱塞上涂抹适量润滑油，故A正确；为了确保气体的温度不发生变化，实验时，应缓慢推拉柱塞，故B错误；为了避免气体的温度发生变化，实验中，不能用手握紧注射器，故C错误；柱塞移至某位置时，应在压力表的指针所指刻度稳定时，记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，不能够在柱塞移至某位置时就快速记录此时注射器内气柱的长度和压力表的压强值，故D错误。 5.答案　C解析　确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像，故A错误；相邻两个大头针插得较近时，确定光线时误差较大，即会降低测量精度，故B错误；如果误将玻璃砖的边PQ画到P'Q'，则折射角i2将偏大，折射率的测量值将偏小，故C正确；根据折射率的定义可知n=，故D错误。 6.答案　(1)B　(2)2.04×105　(3)增大 解析　(1)在实验误差允许范围内，题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=100×10-3 mL-1 由题图乙可读出封闭气体压强为p=2.04×105 Pa (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。 7.答案　(1)B　(2)1.57　(3)不变 解析　(1)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； 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； 相同的材料在各点的折射效果都一样，故C错误。 (2)设半圆柱体玻璃砖的半径为R，根据几何关系可得 入射角的正弦值为sin i= 折射角的正弦值为sin r= 则折射率为n== 可知y-x图像的斜率大小等于折射率，即n=≈1.57 (3)根据(2)中数据处理方法可知折射率与半径无关，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。 8.答案　(1)9.15　　(2)大于 解析　(1)由于游标尺为20分度，其精确度为0.05 mm，所以游标卡尺的读数为9 mm+3×0.05 mm=9.15 mm，若A、B两条亮条纹中央间距为x，则相邻亮条纹间距为Δx=，根据干涉条纹间距公式Δx=λ，解得λ=。 (2)条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值Δx实=Δx测cos θ，θ为条纹与分划板中心竖直刻线间的夹角，则有Δx实<Δx测，根据干涉条纹间距公式Δx=λ，可知波长的测量值大于实际值。 9.答案　(1)B　(2)大　(3)> 解析　(1)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a'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a'，故A错误；B项实验操作正确；实验时入射角θ1应尽量大一些，但也不能太大(接近90°)，以减小实验误差，故C错误。 (2)由题图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射角，根据光的折射定律n=可知绿光的折射率大于红光的折射率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以频率大，折射率大。 (3)根据折射定律可知，玻璃的折射率为n玻璃=， 该介质的折射率为n介质=， 其中α2<α3，所以n玻璃>n介质。 10.答案　(1)C　(2)11.652　2.28　(3)　(4)AD 解析　(1)该同学在测量相邻亮条纹的间距Δx时，并不是直接测量某相邻亮条纹的间距，而是先测量多个亮条纹的间距再求出Δx。使用了积累法，减小了测量误差，“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中1滴油酸酒精溶液体积的测量，同样使用了积累法，减小了测量误差。 (2)螺旋测微器的最小分度值为0.01 mm，题图乙的读数为0+26.0×0.01 mm=0.260 mm，题图丙的读数为11.5 mm+15.2×0.01 mm=11.652 mm，相邻亮条纹的间距为Δx== mm≈2.28 mm。 (3)根据干涉条纹间距公式有Δx=λ，整理得λ= (4)仅撤掉滤光片，通过单缝和双缝的是复色光，满足干涉条件，光屏仍能观察到干涉图样，故A正确；根据干涉条纹间距公式有Δx=λ，光屏上观察到的条纹数与单、双缝之间的距离无关，故B错误；单、双缝相平行，两缝与光屏上的条纹平行，故C错误；仅撤掉双缝，光通过单缝可能发生衍射，在光屏上可能观察到明暗相间的条纹，故D正确。 11.答案　(1)①不会　②H　③见解析　(2)乙 解析　(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，即p=p0+ρg(H-h)可知其内径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明显大于集气室内进水高度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，根据f=可知LC振荡电路的频率越小，则周期越大，所以题图乙对应的水位较高。 学科网（北京）股份有限公司 $