2027届高考物理一轮复习专项训练：第十四章 实验：用双缝干涉测量光的波长与热学基本概念的理解

**基本信息** 聚焦光的双缝干涉与油膜法测分子大小实验，通过典例系统提炼实验原理、数据处理及误差分析方法，构建“原理-操作-计算”逻辑链条，强化科学探究与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |双缝干涉实验|3题（含2025豫、鲁模拟题）|仪器组装（滤光片→单缝→双缝）、累积法测条纹间距、Δx=lλ/d公式应用|光的波动性→相干光源获取→条纹间距计算→波长测量| |油膜法实验|5题（含4道概念题+1道实验题）|溶液稀释计算、方格法估面积、d=V/S分子直径估算、误差归因（面积/体积偏差）|分子模型建构→实验操作（稀释/扩散）→数据处理→误差分析|

实验：用双缝干涉测量光的波长 (分值：30分) 1.(8分)(2025·河南省十校教研联盟联合模拟)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。 (1)(2分)M、N、P三个光学元件依次为　　　　　；  A.滤光片、单缝、双缝 B.单缝、滤光片、双缝 C.单缝、双缝、滤光片 D.滤光片、双缝、单缝 (2)(2分)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，下列说法正确的是　　　　；  A.中央亮纹最亮最宽 B.将单缝向双缝靠近，干涉条纹宽度变宽 C.将屏向远离双缝的方向移动，可以减少从目镜中观察到的条纹个数 (3)(4分)某次实验中，目镜中心刻线对齐第n条亮条纹中心和第(n+10)条亮条纹中心时，游标卡尺的示数分别如图乙和图丙所示，图乙中游标卡尺的读数为　　　　　 mm。已知双缝间距d=0.4 mm，双缝到屏的距离l=1.0 m，所测单色光的波长为　　　　　　 nm(保留3位有效数字)。  2.(10分)现用如图甲所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。 (1)(2分)在组装仪器时单缝和双缝应该相互　　　　放置(选填“垂直”或“平行”)；  (2)(4分)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为1.16 mm；接着同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的示数如图乙所示，则读数为　　　　 mm，已知双缝间距d=2.00×10-4 m，测得双缝到毛玻璃屏的距离L=0.800 m，所测光的波长λ=　　　　 nm(保留3位有效数字)；  (3)(2分)该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx，而是先测量n个条纹的间距再求出Δx，这样做的理由是　　　　；  (4)(2分)洛埃镜实验的基本装置如图丙所示，S为单色光源。S发出的光直接照在光屏上，同时S发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个一样的相干光源。设光源S到平面镜的距离和到光屏的距离分别为a和L，光的波长为λ。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式为　　　　。  3.(7分)(2025·山东省齐鲁教研体检测)某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示。 (1)(2分)下列说法中正确的是　　　　 。  A.要使模糊的干涉条纹变得清晰可通过旋转测量头来实现 B.使用间距更小的双缝，可增加从目镜中观察到的条纹个数 C.测量某条亮纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 (2)(2分)该同学调整好实验装置后，测出双缝间距d=0.25 mm，双缝到屏的距离l=50 cm，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螺旋测微器示数如图所示，则所测光的波长λ为　　　　　 nm。  (3)(3分)该同学在实验操作中将一厚度为3λ、折射率为1.5的透明薄片置于双缝中的S1处，如图丙所示，他观察到的中点P处为　　　　 (选填“亮纹”或“暗纹”)。  热学基本概念的理解 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 (分值：28分) 1~4题每题5分 1.(2025·黑龙江哈尔滨市二模)利用所学知识判断下列图片及相应描述正确的是(　　) A.太空授课失重环境下的“液桥”现象(图a)说明表面张力方向与液体表面垂直 B.铌包头矿是富含Ba、Nb、Ti、Fe、Cl的硅酸盐矿物(图b)，由微观结构可知该物质有固定的熔点 C.悬浮在液体中的微粒越大(图c)，单位时间内受到液体分子撞击次数越多，布朗运动越明显 D.“饮水小鸭”(图d)“喝”完一口水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，如此循环往复，小鸭不需要外界提供能量，也能够持续工作下去 2.(2025·江苏南通市三模)如图所示，将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是(　　) A.泡的时间短 B.水浸润绒毛 C.水虽浸润绒毛，但有水的表面张力作用 D.水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用 3.已知阿伏加德罗常数为NA(mol-1)，某气体物质的摩尔质量为M(kg/mol)，该物质的密度为ρ(kg/m3)，则下列叙述中正确的是(　　) A.该物质1个分子的质量是 B.该物质1个分子的大小是 C.1 kg该物质所含的分子个数是ρNA D.1 kg该物质所含的分子个数是NA 4.(2025·新疆乌鲁木齐市三模)甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上，图中曲线为两分子间引力和斥力与它们之间距离r的关系图像。现将乙分子从r=r1位置由静止释放，乙分子运动到r=r2位置时速度为零。则(　　) A.图中实线为两分子间引力与距离r的关系图像 B.乙分子位于r=r2位置时，乙分子处于平衡状态 C.乙分子位于r=r1位置时，两分子系统的势能最小 D.乙分子从r1运动到r2过程中，加速的距离大于减速的距离 5.(8分)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将6 mL的油酸溶于酒精，制成10 L的油酸酒精溶液，测得1 mL的油酸酒精溶液有75滴。现取1滴该油酸酒精溶液滴在水面上，待水面稳定后，将带有网格线的透明塑料盖板放在浅盘上，用彩笔在塑料盖板上描出油膜的轮廓，其形状和尺寸如图所示，塑料盖板上的小方格边长为1 cm。则： (1)(2分)油膜的面积是　　　　 cm2；  (2)(2分)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　 mL(结果保留1位有效数字)；  (3)(2分)按以上实验数据估测出油酸分子的直径约为　　　　 m(结果保留1位有效数字)；  (4)(2分)某同学在实验中最终得到的计算结果比大部分同学的结果偏大，对出现这种结果的原因，下列说法可能正确的是　　　　。  A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算 B.计算油膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理 C.计算油膜面积时，只数了完整的方格数 D.水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开 参考答案 实验：用双缝干涉测量光的波长 (分值：30分) 1.(8分)(2025·河南省十校教研联盟联合模拟)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。 (1)(2分)M、N、P三个光学元件依次为　　　　　；  A.滤光片、单缝、双缝 B.单缝、滤光片、双缝 C.单缝、双缝、滤光片 D.滤光片、双缝、单缝 (2)(2分)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，下列说法正确的是　　　　；  A.中央亮纹最亮最宽 B.将单缝向双缝靠近，干涉条纹宽度变宽 C.将屏向远离双缝的方向移动，可以减少从目镜中观察到的条纹个数 (3)(4分)某次实验中，目镜中心刻线对齐第n条亮条纹中心和第(n+10)条亮条纹中心时，游标卡尺的示数分别如图乙和图丙所示，图乙中游标卡尺的读数为　　　　　 mm。已知双缝间距d=0.4 mm，双缝到屏的距离l=1.0 m，所测单色光的波长为　　　　　　 nm(保留3位有效数字)。  答案　(1)A　(2)C　(3)8.70　630 解析　(1)为了获取单色的线光源，光源后面应放置滤光片、单缝，单缝形成的相干线性光源经过双缝产生干涉现象，因此，M、N、P三个光学元件依次为：滤光片、单缝、双缝，故选A。 (2)单色光的干涉条纹等宽等亮，故A错误； 干涉条纹宽度与单缝与双缝的距离无关，将单缝向双缝靠近，干涉条纹宽度不变，故B错误； 由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知，对于某单色光，波长λ一定，增大双缝到光屏的距离l可增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可以减少从目镜中观察到的条纹个数，故C正确。 (3)题图乙中游标卡尺的读数为8 mm+0.02×35 mm=8.70 mm 题图丙中游标卡尺的读数为24 mm+0.02×23 mm=24.46 mm 相邻亮(暗)条纹间距Δx= mm=1.576 mm 根据条纹间距公式Δx=·λ，代入数据可得λ≈630 nm。 2.(10分)现用如图甲所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。 (1)(2分)在组装仪器时单缝和双缝应该相互　　　　放置(选填“垂直”或“平行”)；  (2)(4分)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为1.16 mm；接着同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的示数如图乙所示，则读数为　　　　 mm，已知双缝间距d=2.00×10-4 m，测得双缝到毛玻璃屏的距离L=0.800 m，所测光的波长λ=　　　　 nm(保留3位有效数字)；  (3)(2分)该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx，而是先测量n个条纹的间距再求出Δx，这样做的理由是　　　　；  (4)(2分)洛埃镜实验的基本装置如图丙所示，S为单色光源。S发出的光直接照在光屏上，同时S发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个一样的相干光源。设光源S到平面镜的距离和到光屏的距离分别为a和L，光的波长为λ。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式为　　　　。  答案　(1)平行　(2)15.02　693　(3)利用累积法求平均值的方法减小偶然误差　(4)Δx=λ 解析　(1)在组装仪器时单缝和双缝应该相互平行放置。 (2)50分度游标卡尺的精确值为0.02 mm，由题图乙可知读数为 15 mm+1×0.02 mm=15.02 mm 相邻两条亮条纹间距为 Δx= m=2.772×10-3 m 根据Δx=λ 可得所测光的波长为 λ== m=6.93×10-7m=693 nm (3)该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx，而是先测量n个条纹的间距再求出Δx，这样做的理由是：利用累积法求平均值的方法减小偶然误差。 (4)从S发出的光经过平面镜反射后射到屏上的光，相当于从S关于平面镜的像点S'发出的光射到屏上，也就相当于一个间距为2a的双缝，则在光屏上形成的相邻两条亮纹(或暗纹)间距离为 Δx=λ。 3.(7分)(2025·山东省齐鲁教研体检测)某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示。 (1)(2分)下列说法中正确的是　　　　 。  A.要使模糊的干涉条纹变得清晰可通过旋转测量头来实现 B.使用间距更小的双缝，可增加从目镜中观察到的条纹个数 C.测量某条亮纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐 (2)(2分)该同学调整好实验装置后，测出双缝间距d=0.25 mm，双缝到屏的距离l=50 cm，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螺旋测微器示数如图所示，则所测光的波长λ为　　　　　 nm。  (3)(3分)该同学在实验操作中将一厚度为3λ、折射率为1.5的透明薄片置于双缝中的S1处，如图丙所示，他观察到的中点P处为　　　　 (选填“亮纹”或“暗纹”)。  答案　(1)C　(2)713　(3)暗纹 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，应调节拨杆使单缝与双缝平行，故A错误； 根据相邻两亮(暗)干涉条纹的间距Δx=，可知要增加观察到的条纹数，即Δx越小，可使用间距更大的双缝，故B错误； 测量某条干涉亮纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐，故C正确。 (2)由题图乙可知，螺旋测微器的读数分别为 x1=1 mm+0.415 mm=1.415 mm， x2=8.5 mm+0.045 mm=8.545 mm， 相邻亮条纹的间距Δx==1.426 mm，根据Δx=λ可得所测光的波长λ==713 nm。 (3)光在透明薄片中的波长较小，放置透明薄片相当于增加了光程，光通过透明薄片光程增加了3×1.5λ-3λ=1.5λ，由于S1、S2到P点的光程相同，因此P处为暗纹。 热学基本概念的理解 实验：用油膜法估测油酸分子的大小 (分值：28分) 1~4题每题5分 1.(2025·黑龙江哈尔滨市二模)利用所学知识判断下列图片及相应描述正确的是(　　) A.太空授课失重环境下的“液桥”现象(图a)说明表面张力方向与液体表面垂直 B.铌包头矿是富含Ba、Nb、Ti、Fe、Cl的硅酸盐矿物(图b)，由微观结构可知该物质有固定的熔点 C.悬浮在液体中的微粒越大(图c)，单位时间内受到液体分子撞击次数越多，布朗运动越明显 D.“饮水小鸭”(图d)“喝”完一口水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，如此循环往复，小鸭不需要外界提供能量，也能够持续工作下去 答案　B 解析　表面张力的方向实际上是沿着液体表面的切线方向，而不是垂直于液体表面，A错误； 硅酸盐矿物通常具有固定的熔点，因为它们是晶体结构，晶体物质有固定熔点，B正确； 布朗运动的明显程度与微粒的大小和温度有关，微粒越小，温度越高，布朗运动越明显，C错误； “饮水小鸭”实际上是通过蒸发和冷凝的物理过程来工作的，虽然看似不需要外界能量，但实际上它依赖于环境中的温度变化和水的蒸发，D错误。 2.(2025·江苏南通市三模)如图所示，将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是(　　) A.泡的时间短 B.水浸润绒毛 C.水虽浸润绒毛，但有水的表面张力作用 D.水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用 答案　D 解析　将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用。故选D。 3.已知阿伏加德罗常数为NA(mol-1)，某气体物质的摩尔质量为M(kg/mol)，该物质的密度为ρ(kg/m3)，则下列叙述中正确的是(　　) A.该物质1个分子的质量是 B.该物质1个分子的大小是 C.1 kg该物质所含的分子个数是ρNA D.1 kg该物质所含的分子个数是NA 答案　D 解析　该物质1个分子的质量是，选项A错误；该物质1个分子占有的空间大小是，选项B错误；1 kg该物质所含的分子个数是NA，选项C错误，D正确。 4.(2025·新疆乌鲁木齐市三模)甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上，图中曲线为两分子间引力和斥力与它们之间距离r的关系图像。现将乙分子从r=r1位置由静止释放，乙分子运动到r=r2位置时速度为零。则(　　) A.图中实线为两分子间引力与距离r的关系图像 B.乙分子位于r=r2位置时，乙分子处于平衡状态 C.乙分子位于r=r1位置时，两分子系统的势能最小 D.乙分子从r1运动到r2过程中，加速的距离大于减速的距离 答案　D 解析　由于斥力随着距离r变化的更快，所以图中实线为两分子间斥力与距离r的关系图像，故A错误； 乙分子从r=r1位置由静止释放，运动到r=r2位置时速度为零，该过程乙分子先加速后减速，分子力先做正功后做负功，两分子系统的势能先减小后增大，故C错误； 乙分子位于r=r2位置时，斥力大于引力，受力不平衡，故B错误； 分子间引力与斥力的合力随r变化的图像如图所示 乙分子由r=r1位置运动到r=r0位置为加速过程，由r=r0位置运动到r=r2位置为减速过程，加速过程和减速过程动能的变化量绝对值相等，合力做的功绝对值相等，乙分子加速过程受到的平均作用力小于减速过程受到的平均作用力，故加速的距离大于减速的距离，故D正确。 5.(8分)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，将6 mL的油酸溶于酒精，制成10 L的油酸酒精溶液，测得1 mL的油酸酒精溶液有75滴。现取1滴该油酸酒精溶液滴在水面上，待水面稳定后，将带有网格线的透明塑料盖板放在浅盘上，用彩笔在塑料盖板上描出油膜的轮廓，其形状和尺寸如图所示，塑料盖板上的小方格边长为1 cm。则： (1)(2分)油膜的面积是　　　　 cm2；  (2)(2分)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　 mL(结果保留1位有效数字)；  (3)(2分)按以上实验数据估测出油酸分子的直径约为　　　　 m(结果保留1位有效数字)；  (4)(2分)某同学在实验中最终得到的计算结果比大部分同学的结果偏大，对出现这种结果的原因，下列说法可能正确的是　　　　。  A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算 B.计算油膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理 C.计算油膜面积时，只数了完整的方格数 D.水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开 答案　(1)1.15×102　(2)8×10-6 (3)7×10-10　(4)ACD 解析　(1)大于半格的算作一格，小于半格的舍去，根据油膜形状得知，油膜的面积为S=115×1 cm2=1.15×102 cm2。 (2)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是V=× mL=8×10-6 mL。 (3)油酸分子的直径为d==≈7×10-8 cm=7×10-10 m。 (4)将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积，导致油酸体积V偏大，根据d=可知，会导致计算的油酸分子直径偏大，故A正确；计算油膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理，会导致油膜面积S偏大，根据d=可知，会导致计算得到的油酸分子直径偏小，故B错误；计算油膜面积时，只数了完整的方格数，会导致油膜面积S偏小，根据d=可知，会导致计算得到的油酸分子直径偏大，故C正确；水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开，会导致油膜面积S偏小，根据d=可知，会导致计算的油酸分子直径偏大，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $