2021新高考物理二轮总复习课件：专题八 第三讲　热学与光学实验

2021新高考物理二轮总复习课件：专题八 第三讲　热学与光学实验

第三讲　热学与光学实验 专题八 内容索引 01 02 体系构建 真题感悟 高频 考点 能力 突破 体系构建 真题感悟 【 网络构建 】 【 高考真题 】 1 . 〔 2019 全国 Ⅲ ,33(1) 〕 用油膜法估算分子大小的实验中 , 首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液 , 稀释的目的是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积 , 可以 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。为得到油酸分子的直径 , 还需测量的 物理量是 　　　　　　　　 　　　　　 　　　　 。   答案 使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 　 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中 , 测出 1 mL 油酸酒精溶液的滴数 , 得到一滴溶液中纯油酸的 体积 单分子层 油膜的面积 解析 稀释后 , 油酸在浅盘的水面上更容易形成一块单分子层油膜。把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中 , 测出 1 mL 油酸酒精溶液的滴数 n , 得到一滴油酸酒精溶液的体积 , 之后根据浓度求出一滴溶液中纯油酸的体积。根据 公式 可知 , 还需要测单分子层油膜的面积 S 。 2 . 〔 2019 全国 Ⅱ ,34(2) 〕 某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时 , 接通电源使光源正常发光 ; 调整光路 , 使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题 : (1) 若想增加从目镜中观察到的条纹个数 , 该同学可 　　　　　 ;   A. 将单缝向双缝靠近 B. 将屏向靠近双缝的方向移动 C. 将屏向远离双缝的方向移动 D. 使用间距更小的双缝 (2) 若双缝的间距为 d , 屏与双缝间的距离为 l , 测得第 1 条暗条纹到第 n 条暗条纹之间的距离为 Δ x , 则单色光的波长 λ = 　　　　　 ;   (3) 某次测量时 , 选用的双缝的间距为 0 . 300 mm, 测得屏与双缝间的距离为 1.20 m, 第 1 条暗条纹到第 4 条暗条纹之间的距离为 7.56 mm 。则所测单色光的波长 为 　　　　　 nm( 结果保留 3 位有效数字 ) 。   情境剖析 本题属于基础性题目 , 以教材中双缝干涉实验为素材创设学习探索类问题情境。 素养能力 本题考查的关键能力是实验探究能力 , 具体表现为掌握用双缝干涉测量光的波长的实验原理和注意事项。 高频 考点 能力 突破 考点一 热学实验 规律方法 　 “ 用油膜法估测分子的大小 ” 实验的原理如下 : 1 . 将油酸滴在水面上 , 让油酸尽可能散开 , 可认为油酸在水面上形成单分子油膜层 ; 2 . 如果把分子看成球形 , 单分子油膜层的厚度就可看成油酸分子的直径 ; 3 . 事先测出油酸滴的体积 V 和油膜的面积 S , 由 d= 就可以算出分子的直径。 “ 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系 ” 实验是探究性实验 , 要控制实验条件 , 此实验要控制两个条件 : 1 . 注射器内气体的质量一定 ; 2 . 气体的温度一定 , 运用玻意耳定律列式进行解答。 【典例 1 】 (2019 上海高考模拟 ) 运用玻意耳定律可以测量小晶体的体积 , 装置示意图如图所示 , 实验步骤如下 : Ⅰ . 取适量小晶体 , 装入注射器内 ; Ⅱ . 缓慢推动活塞至某一位置 , 记录活塞所在 位置 　　　　　 测量次数 物理量 　　　　　　 1 2 3 p/ 10 5 Pa 0 . 77 1 . 00 1 . 33 V/ 10 - 5 m 3 1 . 20 1 . 00 0 . 85 的容积刻度 V 1 , 通过压强传感器、数据采集器从计算机上读取此时气体的压强 p 1 ; Ⅲ . 重复步骤 Ⅱ , 记录活塞在另一位置的容积刻度 V 2 和读取相应的气体的压强 p 2 ; Ⅳ . 再重复步骤 Ⅱ , 处理记录的 3 组数据 , 得到小晶体的体积。 (1) 实验中缓慢推动活塞 , 是为了 保持 　　　　　 不变 ;   (2) 为了减小实验误差 , 采用作直线图线的方法来处理实验数据 , 方格图的纵坐标应标明的物理量是 V, 横坐标则应标明 　　　　　 ;   (3) 如果图线的斜率用 k 表示 , 则注射器内小晶体的体积 V 0 与容积刻度 V 、气体的压强 p 的关系表达式为 V 0 = 　　　　　 ;   (4) 采用作图法处理实验数据 , 则本次数据的不足之处是 　　　　　 。   解析 (1) 由于运用玻意耳定律可以测量小晶体的体积 , 所以注射器中的气体发生的是等温变化 , 所以实验中缓慢推动活塞 , 是为了保持温度不变 ; 考点二 光学实验 规律方法 　 1 . 插针法应注意的问题 (1) 实验时 , 应尽可能将大头针竖直插在纸上 , 且 P 1 和 P 2 之间、 P 3 和 P 4 之间、 P 2 与 O 、 P 3 与 O' 之间距离要稍大一些。 (2) 入射角 θ 1 不宜太大 ( 接近 90 ° ), 也不宜太小 ( 接近 0 ° ), 当 θ 1 太大时 , 反射光较强 , 出射光较弱 ; 当 θ 1 太小时 , 入射角、折射角测量的相对误差较大。 (3) 操作时 , 手不能触摸玻璃砖的光学面 , 更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。 (4) 实验过程中 , 玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 (5) 玻璃砖应选用宽度较大的 , 最好在 5 cm 以上 , 若宽度太小 , 则测量误差较大。 2 . 用双缝干涉测波长的方法及注意问题 (1) 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离 l , 由公式 Δ x= λ 得 λ = Δ x 计算波长 , 重复测量、计算 , 求出波长的平均值。 (2) 调节双缝干涉仪时 , 要注意调节光源的高度 , 使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (3) 放置单缝和双缝时 , 缝要相互平行 , 中心大致位于遮光筒的轴线上。 (4) 调节测量头时 , 应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐 , 记清此时手轮上的读数 , 转动测量头 , 使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐 , 记下此时手轮上的读数。 (5) 不要直接测单个条纹间距 Δ x , 要测几个条纹的间距 , 计算得出 Δ x , 这样可以减小误差。 (6) 白光的干涉观察到的是彩色条纹 , 其中白色在中央 , 红色在最外边。 【典例 2 】 (2020 山东省实验中学高三模拟 ) 如图所示 , 在测量玻璃折射率的实验中 , 两位同学先把方格纸 ( 每小格均为正方形 ) 固定在木板上 , 再把玻璃砖放在方格纸上 , 并确定 a 和 b 为玻璃砖的上下界面的位置。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 P 1 和 P 2 , 再从玻璃砖的另一侧插上大头针 P 3 和 P 4 。请完成以下实验步骤 : (1)( 多选 ) 下列操作步骤正确的是 　　　　 ( 填正确选项标号 ) 。   A. 插上大头针 P 3 , 使 P 3 挡住 P 2 的像 B. 插上大头针 P 3 , 使 P 3 挡住 P 1 、 P 2 的像 C. 插上大头针 P 4 , 使 P 4 挡住 P 3 的像 D. 插上大头针 P 4 , 使 P 4 挡住 P 3 和 P 1 、 P 2 的像 (2) 正确完成上述操作后 , 在纸上标出大头针 P 3 、 P 4 的 位置 ( 图中已标出 ), 在图中作出完整的光路图。 (3) 利用光路图计算此玻璃砖的折射率 n= 　　　　 。   答案 (1)BD (2) 解析 (1) 在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针 P 1 和 P 2 , 确定入射光线 , 然后插上大头针 P 3 , 使 P 3 挡住 P 1 , P 2 的像 , 再插上大头针 P 4 , 使 P 4 挡住 P 3 和 P 1 、 P 2 的像 , 从而确定出射光线。则 BD 正确。 (2) 光路图如图所示。 【 类题演练 】 1 . 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 ), 并选用缝间距 d= 0 . 20 mm 的双缝屏。从仪器注明规格可知 , 像屏与双缝屏间的距离 L= 700 mm 。然后 , 接通电源使光源正常工作。 图 1 图 2 (1) 已知测量头主尺的最小刻度是毫米 , 副尺上有 50 分度。某同学调整手轮后 , 从测量头的目镜看去 , 第一次映入眼帘的干涉条纹如图 2(a) 所示 , 图 2(a) 中的数字是该同学给各暗纹的编号 , 此时图 2(b) 中游标尺的读数 x 1 = 1 . 16 mm; 接着再转动手轮 , 映入眼帘的干涉条纹如图 3(a) 所示 , 此时图 3(b) 中游标尺上读数 x 2 = 　　　　 mm 。   (2) 利用上述测量结果 , 经计算可得两个相邻明纹 ( 或暗纹 ) 间的距离 Δ x= 　　　　 mm; 这种色光的波长 λ = 　　　　 nm 。   答案 (1)15 . 02 　 (2)2 . 31 　 660 解析 (1) 图 3(b) 中 , 游标卡尺的主尺读数为 15 mm, 游标读数为 0 . 02 mm × 1 = 0 . 02 mm, 所以最终读数为 x 2 = 15 . 02 mm; 2 . 实验小组要测定玻璃砖的折射率 , 实验室器材有 : 玻璃砖、大头针 4 枚 ( P 1 、 P 2 、 P 3 、 P 4 ) 、刻度尺、笔、白纸 。 实验时 , 先将玻璃砖放到白纸上 , 画出玻璃砖的上、下两个表面 aa' 和 bb' , 在白纸上依次插上四枚大头针 P 1 、 P 2 、 P 3 、 P 4 , 如图甲所示。 作出光路如图乙所示 , 过 C 点作法线交玻璃砖于 A 点和 C 点 , 过 O 点延长入射光线交 AC 于 B 点。设 OA 的长度为 l 1 , OB 的长度为 l 2 , OC 的长度为 l 3 , AB 的长度为 l 4 , AC 的长度为 l 5 , 为方便地测量出玻璃砖的折射率 , 需用刻度尺测量的量至少有 　　　　 ( 选填 l 1 、 l 2 、 l 3 、 l 4 、 l 5 ), 则计算玻璃砖折射率的表达式为 n= 　　　　 。   本 课 结 束