专题17 光学与热学实验（精练）（原卷版）

2023年高考物理二轮复习讲练测

专题17 光学与热学实验（精练）

1．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、两枚大头针。

（1）该同学接下来要完成的必要步骤有______

A．插上大头针，使仅挡住的像

B．插上大头针，使挡住的像和的像

C．插上大头针，使仅挡住

D．插上大头针，使挡住和、的像

（2）过、作直线交bb'于O'，过O'作垂直于bb'的直线NN'，连接OO'。测量图甲中角和的大小。则玻璃砖的折射率n=______。

（3）该同学在测量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图之后，过O作垂直于aa'的直线MM'，以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO'的延长线于C点，过A点和C点作垂直MM'的线段分别交于B点和D点，如图所示。测量有关线段的长度，可得玻璃的折射率n=______。（用图中线段字母表示）

（4）如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽。若其他操作均正确，则折射率的测量值______准确值（填“大于”、“小于”或“等于”）。

2．如图所示，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和。O为直线AO与的交点。在直线OA上竖直地插上、两枚大头针。

（1）该同学接下来要完成的必要步骤有______

A．插上大头针，使仅挡住的像

B．插上大头针，使挡住的像和的像

C．插上大头针，使仅挡住

D．插上大头针，使挡住和、的像

（2）过、作直线交于，过作垂直于的直线，连接。测量图中角和的大小。则玻璃砖的折射率n＝______。

（3）如图所示，该同学在实验中将玻璃砖界面和的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值______准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

（4）另一位同学准确地画好玻璃砖的界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值______准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

3．在做“测定玻璃的折射率”的实验中，先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像。如图所示，和分别是玻璃砖与空气的两个界面，用“+”表示大头针的位置。图中AO表示经过大头针P1和P2的光线，该光线与界面交于O点，MN表示法线。

（1）请将光路图画完整，并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角和折射角；(        )

（2）该玻璃砖的折射率可表示为n=_____。（用和表示）

（3）在做“用插针法测玻璃折射率”实验中，图中所示直线、表示在白纸上画出的两个界面。两位同学选择的器材和操作如下：

A．甲同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面与后，将玻璃砖垂直于方向沿纸面向上平移了少许，其它操作正确

B．乙同学在白纸上画、两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微小些，其它操作正确

甲同学测出玻璃砖的折射率与真实值相比______。乙同学测出玻璃砖的折射率与真实值相比______。（填“偏大、偏小、不变”）

（4）对“测定玻璃折射率”的实验中的一些问题，几个同学发生了争论，他们的意见如下，其中正确的是(        )

A．为了提高测量的精确度，P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大一些

B．为了提高测量的精确度，入射角应适当大一些

C．P1、P2之间的距离的大小及入射角的大小跟测量的精确度无关

D．如果入射角太大，则反射光过强，折射光过弱，不易观察

（5）如下图所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学换了一块三棱镜来实验，先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置（图中已标出）。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线，如图甲、乙所示。在图中能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图______（选填“甲”或“乙”），所测玻璃折射率的表达式n=______（用代表线段长度的字母ED、FG表示）。

4．如图甲所示装置中的光源发出某种单色光，某实验小组用该装置观察光的干涉图样，然后进一步测量其波长。

（1）对图甲中a、b两处各自放入的光学器件，以下说法正确的是__________。

A．a处放单缝，b处放双缝    B．a处放双缝，b处放单缝

C．单缝和双缝都放在a处    D．单缝和双缝都放在b处

（2）他们把测量头安装好，通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线不平行，如图乙所示。若要使两者平行，该同学应如何调节__________。

A．仅旋转透镜    B．仅旋转单缝    C．仅旋转双缝    D．仅旋转测量头

（3）装置所用双缝间的间距为0.2mm，双缝与毛玻璃屏的距离为80cm，转动手轮，使分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定义为第1条亮条纹，此时手轮上的读数如图丙所示，读数为__________mm，然后继续转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的读数如图丁所示。

（4）此单色光的波长为__________nm（结果保留三位有效数字）。

5．现有白光光源、透红光的滤光片、单缝、双缝、毛玻璃等光学元件，把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置，用以测量红光的波长。

（1）在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②透红光的滤光片、③_____________、④_____________、⑤遮光筒、⑥毛玻璃；

（2）实验中在光屏上观察到的现象是下列选项中的_____________；

A． B．

C． D．

（3）利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是_____________；

A．去掉透红光的滤光片，其他条件不变，干涉现象消失

B．将透红光的滤光片换成透蓝光的滤光片，其他条件不变，干涉条纹间距变窄

C．将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变宽

D．换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄

（4）将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为_____________mm；

（5）已知双缝间距d为0.20mm，测得双缝到屏的距离l为0.700m，求得所测红光波长为_____________mm。

6．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1），并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作，发出白光。

（1）组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则_______；

A．可观察到水平方向的干涉条纹

B．可观察到竖直方向的干涉条纹

C．看不到干涉现象

（2）若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中_______；

A．观察不到干涉条纹

B．可观察到明暗相间的白条纹

C．可观察到彩色条纹

（3）若实验中在像屏上得到的干涉图样如图2所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图2中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为、，则入射的单色光波长的计算表达式为________。分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图3所示，则其读数为________；

（4）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图4所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距时，测量值______实际值。（填“大于”、“小于”或“等于”）

7．在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下：

①取油酸1.0mL注入250mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到250mL的刻度为止。摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液；

②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0mL为止，恰好共滴了100滴；

③在边长约40cm的浅水盘内注入约2cm深的水，将细石膏粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸的酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有石膏粉，可以清楚地看出油膜轮廓；

④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状；

⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上。

（1）利用上述具体操作中的有关数据可知一滴油酸的酒精洛液含油酸为___________m3，油膜面积为___________m2，求得的油酸分子直径为___________m（此空保留一位有效数字）。

（2）若阿伏加德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M。油酸的密度为ρ。则下列说法正确的是___________。

A．1kg油酸所含有分子数为 B．1m3油酸所含分子数为

C．1个油酸分子的质量为            D．油酸分子的直径约为

（3）某同学实验中最终得到的油酸分子的直径和大多数同学的比较，数据都偏大。对于出现这种结果的原因，可能是由于___________。

A．在求每滴溶液体积时，1mL溶液的滴数少记了2滴

B．计算油酸面积时，错将所有不完整的方格作为完整的方格处理

C．水面上痱子粉撒的较多，油酸膜没有充分展开

D．做实验之前油酸溶液搁置时间过长

8．在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，用amL纯油酸配制成bmL油酸酒精溶液，用量筒和注射器测得60滴这样的溶液为1mL，用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里，待油膜形状稳定后，把玻璃板盖在浅盘上并描画出油膜的轮廓，如图所示。

（1）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积______mL；

（2）图中单分子油膜的面积相当于______个小方格的面积。再测量出小方格的边长，从而计算出浅盘中单分子油膜的面积S；

（3）则估测出油酸分子的直径______。（用V、S表示）

（4）若计算油膜面积时，所有不足一格的方格都当成一格，则实验的计算结果将______（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

9．在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.2mL，用量筒和注射器测得1mL，上述溶液有80滴，用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，画出油酸薄膜的轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1cm。（结果均保留两位有效数字）

（1）油酸薄膜的面积是___________m2；

（2）每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是___________m3；

（3）根据上述数据，估测出油酸分子的直径是___________m；

（4）利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数。如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油的密度为ρ，摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为________。

（5）甲、乙、丙、丁四位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了错误。

甲：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一些。

乙：在计算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把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器针管比原来粗，每滴油酸酒精溶液的体积比原来大。

丙：在计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成一格，导致计算的面积比实际面积大一些。

丁：计算每滴体积时，的溶液滴数多数了几滴。则测得的油酸分子直径偏大、偏小？

甲：________；乙：________；丙：________；丁：________。

10．“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。

（1）保持温度不变，封闭气体的压强用______传感器测量，体积由______读出。实验前是否需要对传感器进行调零？______（选填：“是”或“否”）

（2）某次实验中，数据表格内第2次～第8次压强没有点击记录，但其它操作规范。根据表格中第1次和第9次数据，推测出第7次的压强，其最接近的值是______

A．    B．    C．    D．

（3）若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积不可忽略，则封闭气体的真实体积为______。从理论上讲图像可能接近下列哪个图？______

11．某实验小组用如图甲所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。

（1）关于该实验，下列说法正确的是(      )

A．实验前应将注射器的空气完全排出

B．空气柱体积变化应尽可能的快些

C．空气柱的压强随体积的减小而减小

D．作出的图象可以直观反映出p与V的关系

（2）为了探究气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律，他们进行了两次实验，得到的图象如图乙所示，由图可知两次实验气体的温度大小关系为T1________T2（选填“<”“＝”或“>”）。

（3）为了能最直观地判断气体压强p与气体体积V的函数关系，应作出_____________选填“”或“”图象。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条_________________线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。

（4）另一小组根据实验数据作出的图线如图丙所示，若实验操作规范正确，则图线不过原点的原因可能是_________________，图乙中的代表_________________。

12．物理小组的同学们利用图甲所示的装置探究气体等温变化的规律。实验步骤如下：

①将注射器下端开口处套上橡胶套，和柱塞一起把一段空气柱封闭；

②已知空气柱的横截面积为S，通过刻度尺读取空气柱的长度L，可得空气的体积；

③从与注射器内空气柱相连的压力表读取空气柱的压强p；

④把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读取空气柱的长度与压强，获取空气柱的体积V和压强p的几组数据；

⑤将各组数据在坐标纸上描点，绘制曲线，得出温度不变时气体压强与体积的关系。

完成下列填空：

（1）实验时要缓慢地移动柱塞，原因是_______。

A．使外界对气体做功减小

B．能与环境充分热交换，保持气体温度不变

C．保证气体质量不变

D．防止注射器晃动而不便于测体积

（2）小明同学根据测量结果，做出p-V图像，如图乙所示，________（填“能”或“不能”）根据绘制的图线直接得到空气柱的压强跟体积的关系。

（3）小军同学根据测量结果，做出V-图像，如图丙所示，图线不过原点，则V0代表_________，体积增大到一定值后，图线开始偏离直线，说明气体的温度________（填“升高”或者“降低”）。