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【讲通练透】2024高考物理知识大盘点 专题21 光学、热学实验
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这是一份【讲通练透】2024高考物理知识大盘点 专题21 光学、热学实验，共15页。试卷主要包含了以核心和主干知识为重点，注重情景与过程的理解与分析，精选训练题目，使训练具有实效性，把握高考热点等内容，欢迎下载使用。
一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。
二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。
三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。
四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。
五、把握高考热点、重点和难点。
充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点，把握命题的趋势和方向，确定本轮复习的热点与重点，使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练，举一反三、触类旁通，注重解题技巧的提炼，充分提高学生的应试能力。
专题21 光学、热学实验
TOC \ "1-2" \h \u \l "_Tc6115" 知识点01 必考实验 PAGEREF _Tc6115 \h 2
\l "_Tc24860" 一、测量玻璃的折射率 PAGEREF _Tc24860 \h 2
\l "_Tc4234" 二、用双缝干涉实验测光的波长 PAGEREF _Tc4234 \h 6
\l "_Tc6881" 三、用油膜法估测油酸分子的大小 PAGEREF _Tc6881 \h 9
\l "_Tc27249" 四、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 PAGEREF _Tc27249 \h 11
知识点01 必考实验
一、测量玻璃的折射率
1.实验原理:当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线 OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。 再根据或计算出玻璃的折射率。
入射光线确认：在玻璃砖的一侧插两个大头针 A、B，AB 的延长线与直线 a 的交点就是O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A挡住，入射光沿AB连线方向。
折射光线确认：在眼睛这一侧再插第三个大头针 C，使它把A、B都挡住，插第四个大头针D，使它把前三个大头针都挡住，那么，后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线。
如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，求出折射角θ2，
2.实验器材：木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔．
3.实验过程
①用图钉把白纸固定在木板上．
②在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′.
③画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针．
④在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′.
⑤眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P1、P2的像和P3.
⑥移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得到线段OO′.
⑦用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.
⑧改变入射角，重复实验．
4.数据处理
①计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的，并取平均值．
②图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作的图像，由可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率．
③“单位圆”法：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，如图所示，，，，则.只要用刻度尺量出的长度就可以求出n.
5.注意事项
①玻璃砖作为光学元件，应注意保护它的光学面。不能用铅笔直接沿玻璃砖表面画界面线。
②在实验过程中,玻璃砖两个界面应始终与所作的界面线对齐,不能随意移。
③P1和P2、P2和01之间，P3和P4之间、P3和02之间的距离要稍大一些。
④入射角不能太大，也不能太小，在20°~70°之间为宜。
⑤尽可能将大头针竖直地插在铺有白纸的木板上。
⑥玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。
⑦不能把边界线和入射光线画的过粗。
【实战演练】
(2023·广东卷·11)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率。实验过程如下：
(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。
(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置。
②移走玻璃砖。在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图(a)所示。
③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图(b)所示，d1为______ cm。测得d2为3.40cm。
(3)利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式n= ______ 。由测得的数据可得折射率n为______ (结果保留3位有效数字)。
(4)相对误差的计算式δ=测量值−真实值真实值×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角______ 。
【答案】2.27 d2d1 1.50 大一些
【解析】解：(2)刻度尺的分度值为0.1cm，需要估读到分度值的下一位，则d1=2.27cm；
(3)根据题意标出光线对应的入射角和折射角，如图所示：
结合几何关系和折射定律可得：n=sinαsinβ=fMd1fMd2=d2d1
代入数据解得：n=≈1.50
(4)为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角大一些。
【实战演练】
(2023·海南卷·14)用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处。
(1)请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图；
(2)已经测出AB=l1，OA=l2，S1S2=l3，则折射率n= ______ 。
(3)若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会______ (填“变大”，“变小”或“不变”)。
【答案】l1 (l1−l3)2+l22(l1−l3) l12+l22 变小
【解析】解：(1)根据题意结合光的传播情况作出光路图如图所示：
(2)根据光的折射定律可得：n=sinisinr
根据几何关系可得：sini=AB AB2+OA2=l1 l12+l22
sinr=ACOC=AB−S1S2 (AB−S1S2)2+OA2=l1−l3 (l1−l3)2+l22
联立解得：n=l1 (l1−l3)2+l22(l1−l3) l12+l22
(3)若玻璃砖宽度变小，相当于把ad边下移，与两条光线的交点距离变小，即BC就小，那S1S2也会变小。故答案为：(1)光路图见解析；(2)l1 (l1−l3)2+l22(l1−l3) l12+l22；(3)变小。
二、用双缝干涉实验测光的波长
1.实验原理：单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足.
2.实验过程
①观察双缝干涉图样
Ⅰ、将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示．
Ⅱ、接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．
Ⅲ、调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏．
Ⅳ、安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm.
Ⅴ、在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．
②测定单色光的波长
Ⅰ、安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
Ⅱ、使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹．
Ⅲ、用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)．
Ⅳ、改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量．
3.数据处理
①条纹间距.相邻两条亮条纹间的距离需用测量头测出。测量头通常有两种（图 4.4-2），但都由分划板、目镜、手轮等构成
转动手轮，分划板会左右移动。测量时，应使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐（图 4.4-3），记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离。
为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测n个亮条纹间的距离a，再求出相邻两个亮条纹间的距离。
②波长.
③计算多组数据，求λ的平均值．
4.注意事项
①安装时，注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当．
②光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．仪器所用的灯泡，其灯丝冷电阻较小，如果一开始就用12V电压，往往会由于电流过大而使电源的保险丝烧断或过载保护因此，加在灯泡上的电压应逐挡升高至12V,使用时不得超过12V。建议使用汽车或摩托车双灯丝灯泡，可直接打到12V。
③调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行．
④在读取a1至a2的整个过程中，不能拨动拨杆或转动测量头,否则会引起干涉条纹移动而使读数无效。
⑤测量条纹间距时,测量头中分划板中心线必须与条纹的中央对齐
⑥本实验仪器型号不同,则测量头也不同，须掌握正确读数方法。
【技巧点拨】用光传感器做双缝干涉的实验：是实验装置图（实验在暗室中进行）。光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。图中带有白色狭长矩形的小盒是光传感器，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出来。根据显示器上干涉图像的条纹间距，可以算出光的波长。
三、用油膜法估测油酸分子的大小
1.实验原理：为了估测油酸分子的大小，我们把1滴油酸滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子（C17H33COOH）中的烃基 C17H33- 组成的。 尽管油酸分子有着复杂的结构和形状，分子间也存在着间隙，但在估测其大小时，可以把它简化为球形处理，并认为它们紧密排布（图1.2-1）。测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径。
实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，从而获得纯油酸形成的油膜。
这里可以粗略地认为，油膜的厚度等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，即。
2.实验器材：盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、爽身粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔．
3.实验过程
①配制油酸酒精溶液，取纯油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止．
②用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0.
③在浅盘里盛上约2 cm深的水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身粉均匀地撒在水面上（图1.2-3甲）。然后，用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液（图1.2-3乙），油酸立即在水面散开，形成一块油膜。油膜上没有爽身粉，可以清楚地看出它的轮廓（图1.2-3丙）。待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状（图1.2-3丁）
④根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数)，不足半个的舍去，多于半个的算一个。然后，把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S．
⑤根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式，算出油酸薄膜的厚度d.
⑥重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小．
4.数据分析
用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和该油膜面积S计算出油膜厚度，即油酸分子的直径，大量实验结果表明，尽管所用的测定分子大小的方法不同，测出的结果也有差异，但数量级是一致的。除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10-10m
6.注意事项
①油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免浓度改变，产生较大的实验误差.
②实验前应注意，浅盘应洗干净，否则难以形成油膜;痱子粉的用量不要太多，否则不易成功.撒完痱子粉后，浅盘中的水面应保持平衡，痱子粉应均匀浮在水面上.
③向水面滴一滴油酸酒精溶液.滴油酸酒精溶液的滴管口应在离水面1cm之内，否则油膜难以形成.
④要待油膜形状稳定后，再画轮廓.
⑤运用数格子法测油膜面积大于半格的算一格，小于半格的舍去这种方法所取方格的单位越小，计算的面积误差越小.
⑥本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可.
【实战演练】
(2023·北京卷·15)(1)用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法。已知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径d= ______ 。
(2)采用图1所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率。
①实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在______ (填“M”或“N”)端。
②按照图1连接实物图，如图2所示。闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为______ (填“a”“b”或“c”)。若闭合开关，该错误连接会带来的问题有______ 。
【答案】VS M b 没有电流流过金属丝
【解析】解：(1)纯油的体积为V，单分子油膜的面积为S，则油酸分子直径d=VS。
(2)①由图1所示电路图可知，滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，闭合开关前滑片P应处于M端。
②由图2所示实物电路图可知，导线b连接错误，若闭合开关，分压电路被短路，分压电路没有电路流过，没有电流流过待测金属丝。
故答案为：(1)VS；(2)①M；②b，没有电流流过待测金属丝。
四、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
1.实验原理：针对气体的研究，我们可以先选定一个热力学系统，比如一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。
利用注射器选取一段空气柱为研究对象，如图2.2-1，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。在实验过程中，一方面让空气柱内气体的质量不变；另一方面，让空气柱的体积变化不要太快，保证温度不发生明显的变化。
2.实验器材：注射器、橡胶套、压力表(如图所示)
3.数据获取：空气的压强p可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱的长度与压强的几组数据．
3.数据处理：在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示．处理实验数据时，要通过变换，即画p－eq \f(1,V)图像，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，如图乙所示．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接，容易得出相关的对实验研究有用的参数．
4.实验结论
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比，所以p－V图线是双曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的．如图是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变化的p－V图线，其中温度较高的是T2.
5.注意事项
①实验前检查注射器的气密性。
②本实验应用控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系．
③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，应在活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．
④实验中所用的压力表精度较高，而气柱长度是直接在刻度尺上读出的，其误差会直接影响实验结果。
考点内容(依据2020年考试说明)
考情
1．测定玻璃的折射率
2023·广东卷·11
2023·海南卷·14
2023·北京卷·15
2．用双缝干涉测量光的波长
用油膜法估测油酸分子的大小
4.探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。
二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。
三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。
四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。
五、把握高考热点、重点和难点。
充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点，把握命题的趋势和方向，确定本轮复习的热点与重点，使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练，举一反三、触类旁通，注重解题技巧的提炼，充分提高学生的应试能力。
专题21 光学、热学实验
TOC \ "1-2" \h \u \l "_Tc6115" 知识点01 必考实验 PAGEREF _Tc6115 \h 2
\l "_Tc24860" 一、测量玻璃的折射率 PAGEREF _Tc24860 \h 2
\l "_Tc4234" 二、用双缝干涉实验测光的波长 PAGEREF _Tc4234 \h 6
\l "_Tc6881" 三、用油膜法估测油酸分子的大小 PAGEREF _Tc6881 \h 9
\l "_Tc27249" 四、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 PAGEREF _Tc27249 \h 11
知识点01 必考实验
一、测量玻璃的折射率
1.实验原理:当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线 OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。 再根据或计算出玻璃的折射率。
入射光线确认：在玻璃砖的一侧插两个大头针 A、B，AB 的延长线与直线 a 的交点就是O。眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A挡住，入射光沿AB连线方向。
折射光线确认：在眼睛这一侧再插第三个大头针 C，使它把A、B都挡住，插第四个大头针D，使它把前三个大头针都挡住，那么，后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线。
如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，求出折射角θ2，
2.实验器材：木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔．
3.实验过程
①用图钉把白纸固定在木板上．
②在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′.
③画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针．
④在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′.
⑤眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P1、P2的像和P3.
⑥移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得到线段OO′.
⑦用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.
⑧改变入射角，重复实验．
4.数据处理
①计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的，并取平均值．
②图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作的图像，由可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率．
③“单位圆”法：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，如图所示，，，，则.只要用刻度尺量出的长度就可以求出n.
5.注意事项
①玻璃砖作为光学元件，应注意保护它的光学面。不能用铅笔直接沿玻璃砖表面画界面线。
②在实验过程中,玻璃砖两个界面应始终与所作的界面线对齐,不能随意移。
③P1和P2、P2和01之间，P3和P4之间、P3和02之间的距离要稍大一些。
④入射角不能太大，也不能太小，在20°~70°之间为宜。
⑤尽可能将大头针竖直地插在铺有白纸的木板上。
⑥玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。
⑦不能把边界线和入射光线画的过粗。
【实战演练】
(2023·广东卷·11)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率。实验过程如下：
(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。
(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置。
②移走玻璃砖。在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图(a)所示。
③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图(b)所示，d1为______ cm。测得d2为3.40cm。
(3)利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式n= ______ 。由测得的数据可得折射率n为______ (结果保留3位有效数字)。
(4)相对误差的计算式δ=测量值−真实值真实值×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角______ 。
【答案】2.27 d2d1 1.50 大一些
【解析】解：(2)刻度尺的分度值为0.1cm，需要估读到分度值的下一位，则d1=2.27cm；
(3)根据题意标出光线对应的入射角和折射角，如图所示：
结合几何关系和折射定律可得：n=sinαsinβ=fMd1fMd2=d2d1
代入数据解得：n=≈1.50
(4)为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角大一些。
【实战演练】
(2023·海南卷·14)用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处。
(1)请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图；
(2)已经测出AB=l1，OA=l2，S1S2=l3，则折射率n= ______ 。
(3)若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会______ (填“变大”，“变小”或“不变”)。
【答案】l1 (l1−l3)2+l22(l1−l3) l12+l22 变小
【解析】解：(1)根据题意结合光的传播情况作出光路图如图所示：
(2)根据光的折射定律可得：n=sinisinr
根据几何关系可得：sini=AB AB2+OA2=l1 l12+l22
sinr=ACOC=AB−S1S2 (AB−S1S2)2+OA2=l1−l3 (l1−l3)2+l22
联立解得：n=l1 (l1−l3)2+l22(l1−l3) l12+l22
(3)若玻璃砖宽度变小，相当于把ad边下移，与两条光线的交点距离变小，即BC就小，那S1S2也会变小。故答案为：(1)光路图见解析；(2)l1 (l1−l3)2+l22(l1−l3) l12+l22；(3)变小。
二、用双缝干涉实验测光的波长
1.实验原理：单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足.
2.实验过程
①观察双缝干涉图样
Ⅰ、将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示．
Ⅱ、接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．
Ⅲ、调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏．
Ⅳ、安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5～10 cm.
Ⅴ、在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．
②测定单色光的波长
Ⅰ、安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
Ⅱ、使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹．
Ⅲ、用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)．
Ⅳ、改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量．
3.数据处理
①条纹间距.相邻两条亮条纹间的距离需用测量头测出。测量头通常有两种（图 4.4-2），但都由分划板、目镜、手轮等构成
转动手轮，分划板会左右移动。测量时，应使分划板的中心刻线与条纹的中心对齐（图 4.4-3），记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离。
为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测n个亮条纹间的距离a，再求出相邻两个亮条纹间的距离。
②波长.
③计算多组数据，求λ的平均值．
4.注意事项
①安装时，注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当．
②光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近．仪器所用的灯泡，其灯丝冷电阻较小，如果一开始就用12V电压，往往会由于电流过大而使电源的保险丝烧断或过载保护因此，加在灯泡上的电压应逐挡升高至12V,使用时不得超过12V。建议使用汽车或摩托车双灯丝灯泡，可直接打到12V。
③调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行．
④在读取a1至a2的整个过程中，不能拨动拨杆或转动测量头,否则会引起干涉条纹移动而使读数无效。
⑤测量条纹间距时,测量头中分划板中心线必须与条纹的中央对齐
⑥本实验仪器型号不同,则测量头也不同，须掌握正确读数方法。
【技巧点拨】用光传感器做双缝干涉的实验：是实验装置图（实验在暗室中进行）。光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，下面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。图中带有白色狭长矩形的小盒是光传感器，沿矩形的长边分布着许多光敏单元。传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出来。根据显示器上干涉图像的条纹间距，可以算出光的波长。
三、用油膜法估测油酸分子的大小
1.实验原理：为了估测油酸分子的大小，我们把1滴油酸滴在水面上，水面上会形成一层油膜，油膜是由单层油酸分子（C17H33COOH）中的烃基 C17H33- 组成的。 尽管油酸分子有着复杂的结构和形状，分子间也存在着间隙，但在估测其大小时，可以把它简化为球形处理，并认为它们紧密排布（图1.2-1）。测出油膜的厚度d，它就相当于分子的直径。
实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，从而获得纯油酸形成的油膜。
这里可以粗略地认为，油膜的厚度等于1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V与它在水面上摊开的面积S之比，即。
2.实验器材：盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、爽身粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔．
3.实验过程
①配制油酸酒精溶液，取纯油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止．
②用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0.
③在浅盘里盛上约2 cm深的水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另一只手拍打，将爽身粉均匀地撒在水面上（图1.2-3甲）。然后，用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液（图1.2-3乙），油酸立即在水面散开，形成一块油膜。油膜上没有爽身粉，可以清楚地看出它的轮廓（图1.2-3丙）。待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状（图1.2-3丁）
④根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数)，不足半个的舍去，多于半个的算一个。然后，把正方形的个数乘单个正方形的面积就得到油膜的面积S．
⑤根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式，算出油酸薄膜的厚度d.
⑥重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小．
4.数据分析
用1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和该油膜面积S计算出油膜厚度，即油酸分子的直径，大量实验结果表明，尽管所用的测定分子大小的方法不同，测出的结果也有差异，但数量级是一致的。除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10-10m
6.注意事项
①油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免浓度改变，产生较大的实验误差.
②实验前应注意，浅盘应洗干净，否则难以形成油膜;痱子粉的用量不要太多，否则不易成功.撒完痱子粉后，浅盘中的水面应保持平衡，痱子粉应均匀浮在水面上.
③向水面滴一滴油酸酒精溶液.滴油酸酒精溶液的滴管口应在离水面1cm之内，否则油膜难以形成.
④要待油膜形状稳定后，再画轮廓.
⑤运用数格子法测油膜面积大于半格的算一格，小于半格的舍去这种方法所取方格的单位越小，计算的面积误差越小.
⑥本实验只要求估算分子大小，实验结果数量级符合要求即可.
【实战演练】
(2023·北京卷·15)(1)用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法。已知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径d= ______ 。
(2)采用图1所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率。
①实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在______ (填“M”或“N”)端。
②按照图1连接实物图，如图2所示。闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为______ (填“a”“b”或“c”)。若闭合开关，该错误连接会带来的问题有______ 。
【答案】VS M b 没有电流流过金属丝
【解析】解：(1)纯油的体积为V，单分子油膜的面积为S，则油酸分子直径d=VS。
(2)①由图1所示电路图可知，滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，闭合开关前滑片P应处于M端。
②由图2所示实物电路图可知，导线b连接错误，若闭合开关，分压电路被短路，分压电路没有电路流过，没有电流流过待测金属丝。
故答案为：(1)VS；(2)①M；②b，没有电流流过待测金属丝。
四、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
1.实验原理：针对气体的研究，我们可以先选定一个热力学系统，比如一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。
利用注射器选取一段空气柱为研究对象，如图2.2-1，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。在实验过程中，一方面让空气柱内气体的质量不变；另一方面，让空气柱的体积变化不要太快，保证温度不发生明显的变化。
2.实验器材：注射器、橡胶套、压力表(如图所示)
3.数据获取：空气的压强p可以从仪器上方的压力表读出，空气柱的长度l可以在玻璃管侧的刻度尺上读出，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V.把柱塞缓慢地向下压或向上拉，读出空气柱的长度与压强的几组数据．
3.数据处理：在等温过程中，气体的压强和体积的关系在p－V图像中呈现为双曲线的一支，如图甲所示．处理实验数据时，要通过变换，即画p－eq \f(1,V)图像，把双曲线变为直线，说明p和V成反比，如图乙所示．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接，容易得出相关的对实验研究有用的参数．
4.实验结论
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比，所以p－V图线是双曲线的一支，但不同温度下的图线是不同的．如图是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变化的p－V图线，其中温度较高的是T2.
5.注意事项
①实验前检查注射器的气密性。
②本实验应用控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系．
③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，应在活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．
④实验中所用的压力表精度较高，而气柱长度是直接在刻度尺上读出的，其误差会直接影响实验结果。
考点内容(依据2020年考试说明)
考情
1．测定玻璃的折射率
2023·广东卷·11
2023·海南卷·14
2023·北京卷·15
2．用双缝干涉测量光的波长
用油膜法估测油酸分子的大小
4.探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
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