2026届高三物理二轮专题复习 第21讲 热学和光学实验 讲义

第21讲 热学和光学实验 讲义 知识体系： 考点一　热学实验 一.用油膜法估测油酸分子的大小 1.原理：认为油酸薄膜是由单层的油酸分子紧密排列组成，油膜的厚度就是油酸分子的直径d=，如图。 2.对“V”的测量 (1)配制一定浓度的油酸酒精溶液，设其浓度为n； (2)用注射器吸取一段油酸酒精溶液，读出它的体积为V0； (3)再把它一滴滴地滴入烧杯中，记下液滴的总滴数N； (4)则一滴油酸酒精溶液中，纯油酸的体积V=n。 3.对“S”的测量 (1)数出轮廓范围内正方形的个数n0，不足半个的舍去，多于半个的算一个； (2)用正方形的个数乘单个正方形的面积S0计算出油膜的面积S(即n0S0)。 二.　探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 1.实验方法：控制变量法 实验装置如图。 2.为保证等温变化，实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位。同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度。为保证气体密闭，应在柱塞与注射器内壁间涂上润滑油，注射器内外气体的压强差不宜过大。 3.在等温过程中，气体的压强与体积的关系在p-V图像中呈现为双曲线(其中的一支)，如图甲。处理实验数据时，要通过变换，即画p-图像，把双曲线(其中的一支)变为直线，说明p和V成反比，如图乙。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观，容易得出相关的对实验研究有用的参数。 典例1:在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验过程中。 (1)单分子油膜：油酸分子式为C17H33COOH，它的一个分子可以看成由两部分组成，一部分是C17H33-，另一部分是-COOH，-COOH对水有很强的亲和力。当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中酒精溶于水中，并很快挥发。油酸中C17H33-部分冒出水面，而-COOH部分留在水中，油酸分子就直立在水面上，形成一个单分子层油膜。 (2)配制溶液：将1 mL纯油酸配制成2 000 mL的油酸酒精溶液。 (3)测量体积：用量筒测出1 mL溶液共有80滴。 (4)平静水面：在边长为30~40 cm浅盘里倒入2~3 cm深清水，待水面稳定后将爽身粉均匀地撒在水面上。 (5)滴入溶液：用清洁滴管将配制好的1滴溶液轻轻滴入浅盘中。 (6)描线：待油膜散开稳定后，用描线笔描出油膜轮廓。 (7)数格，每格边长是0.5 cm，油膜轮廓如图所示。 ①油膜的面积为　　　 m2(结果保留两位有效数字)；  ②油酸分子的直径约为　　　 m(结果保留两位有效数字)；  ③在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，实验小组测得油酸分子直径的结果明显偏小，原因可能是　　　。  A.油酸在水面未完全散开时即描线 B.计算油膜面积时把所有不足一格的方格计算在内 C.用量筒测出1 mL溶液的滴数时，多数了滴数 答案　①3.5×10-3　②1.8×10-9　③BC 解析　①根据题意可知，油膜所占坐标纸格数约140格，故油膜面积为S=140×(0.5×10-2)2 m2=3.5×10-3 m2。 ②一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V=× mL=6.25×10-6 mL，油酸分子的直径约为d=≈1.8×10-9 m。 ③油酸在水面未完全散开时即描线会导致面积S偏小，故直径偏大，A错误；计算油膜面积时把所有不足一格的方格计算在内，会导致面积S偏大，故直径偏小，B正确；用量筒测出1 mL溶液的滴数时，多数了滴数，会导致计算的油酸体积V偏小，故直径偏小，C正确。 典例2:(2025·广西南宁二模)如图甲所示,用一个带两根细管的橡胶塞塞紧烧瓶的瓶口,封闭一定质量的气体,烧瓶容积为V0。其中,一根带阀门的细管连通充满水的注射器,另一根细管与压强传感器相连,压强传感器连接数据采集器,数据采集器连接计算机。某同学利用此装置探究一定质量的气体在温度不变时压强与体积的关系。 步骤如下: ①打开阀门,缓慢推动注射器活塞向烧瓶内注入一定量的水,然后关闭阀门; ②根据注射器刻度记录注入烧瓶中水的体积V,并记录此时气体的压强p; ③多次实验,记录多组数据,分析得出结论。 (1)正确操作后,发现气体的压强随体积的减小而增大,若以p为纵坐标、以　　　　为横坐标的图像为近乎过原点的倾斜直线(用题中字母表示),可认为在误差允许范围内气体的压强与体积成反比。  (2)若以　　　　(选填“V”或“”)为纵坐标、以为横坐标,可画出如图乙所示的图像,则注水前封闭气体的体积为　　　　(用图中字母表示)。  答案　(1)　(2)V　n 解析　(1)烧瓶容积为V0,注入烧瓶中水的体积为V,则烧瓶中气体的体积为(V0-V),对烧瓶内气体,由玻意耳定律有p(V0-V)=C,得p=C 以为横坐标的图像为近乎过原点的倾斜直线。 (2)由p(V0-V)=C得V=-C·+V0 所以图线的纵坐标是V,图线的纵截距为烧瓶的容积V0,则有V0=n,故注水前封闭气体的体积为n。 考点二　光学实验 一.测量玻璃的折射率 1.一个重要实验步骤 在玻璃砖的另一侧插上大头针P3，使大头针P3挡住大头针P1、P2的像，再插上大头针P4，使大头针P4挡住大头针P3和大头针P1、P2的像。 2.三个数据处理的方法 (1)计算法：由n=，算出不同入射角时的n值，并取平均值。 (2)图像法：作sin θ1-sin θ2图像，由n=可知其斜率为折射率。 (3)单位圆法：以入射点O为圆心，作半径为R的圆，如图所示，则sin θ1=，sin θ2=，OE=OE'=R，所以用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以得出 n==。 3.两个减小误差的实验要求 (1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2和O、P3与O'之间距离要稍大一些。 (2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，当θ1太大时，反射光较强，出射光较弱，当θ1太小时，入射角、折射角测量的相对误差较大。 二.用双缝干涉测量光的波长 1.实验装置图及实验器材(如图) 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 2.原理：Δx=λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 3.Δx的测量：调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a2；则相邻两条亮条纹间的距离Δx=。 典例3:(2025·福建卷,12)(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2位有效数字)。  答案　(1)(2)见解析图　0.020 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侧,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。 典例4:(2025·八省联考云南卷,11)某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管(LED)发出光的波长。图甲为实验装置示意图,双缝间距d=0.450 mm,双缝到毛玻璃的距离l=365.0 mm,实验中观察到的干涉条纹如图乙所示。 当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心,手轮上的读数为x1=2.145 mm;当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心,手轮上的读数为x5=4.177 mm。 完成下列填空: (1)相邻两条亮条纹间的距离Δx=　　　　 mm。  (2)根据　　　　　　可算出波长(填正确答案标号)。  A.λ=　　B.λ=Δx　　C.λ= (3)则待测LED发出光的波长为λ=　　　　nm(结果保留3位有效数字)。  答案　(1)0.508　(2)B　(3)626 解析　(1)相邻两条亮条纹间的距离为Δx== mm=0.508 mm。 (2)根据相邻两条亮条纹间的距离与光的波长关系Δx=λ,可得波长为λ=Δx,故B正确。 (3)待测LED发出光的波长为 λ=Δx=×0.508×10-3 m=6.26×10-7 m=626 nm。 学科网（北京）股份有限公司 $