高三二轮物理复习选修模块部分含3334热学光学实验复习专题总结.docx
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高三二轮物理复习选修模块部分含3334热学光学实验复习专题总结
2019年高三物理热学、光学实验复习专题总结
【实验总结】
实验一、用油膜法估测分子的大小
实验二、测定玻璃的折射率
实验三、用双缝干涉测光的波长
最近几年高考热点实验为：
“测定玻璃的折射率”，考察频率高，有一定的难度，主要体现在考察基本实验方法、数据处理、作图处理上，而且有进一步深入挖掘的可能。
“用双缝干涉测光的波长”也常有考题，但这个实验灵活性不足，不便于发挥或进行深入挖掘处理。
实验试题的命题趋势：
在基本实验的基础上，向创新和综合方向发展。
【方法点拨】
实验一、实验二的实验方法主要体现在基本作图上，这也是实验基本方法，一定要掌握好。
实验三的实验方法主要体现在精密量具的读数上，掌握了游标卡尺和螺旋测微器的原理和读数方法后，对实验三的读数也就会了。
【典型例题】
实验一、用油膜法估测分子的大小
【实验原理】
将一滴已测出体积V的油滴在水面上，油在水面上展开形成了一单分子油膜，假设油分子是球形的，并且油膜中的分子是一个挨着一个紧密排列的，那么便可认为油膜的厚度就等于油分子的直径．实验中如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积为S，即可算出油酸分子的大小，直径
。
例1、在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL．用注射器得1mL上述溶液中有液滴50滴．把1滴该溶液滴入盛水的浅水盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅水盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标中正方形小方格的边长为20mm．求：
（1）油酸膜的面积是多少？
（2）每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？
（3）根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多少？
【答案】
（1）2.4×10-2㎡，
（2）1.2×10-5mL，（3）5×10-10m。
【解析】
（1）求油酸膜的面积时，先数出“整”方格的个数，对剩余小方格的处理方法是：
不足半个的舍去，多于半个的算一个，数一下共有59个小方格。
面积
（2）由于104mL中有纯油酸6mL，则1mL中有纯油酸
，
而1mL上述溶液有50滴，故1滴溶液中含有纯油酸为
（3）由
知，油酸分子直径
。
【总结升华】要会快速数出格子的总数；计算分子直径时要注意单位换算。
估算类问题的求解，结果不要求很准确，但数量级不能错。
举一反三
【变式】在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，已知滴入水中的油酸溶液中所含的纯油酸的体积为4.0×10-6mL，将玻璃板放在浅盘上描出油膜轮廓，再将玻璃板放在边长为1.0cm的方格纸上，所看到的图形如图。
那么该油膜的面积约为________cm2（保留两位有效数字）。
由此可估计出油酸分子的直径约为________cm（保留一位有效数字）。
【答案】85（83~88得全分），5×10―8
【解析】大半个格子就计数，小半个格子就舍去，数得格子数约为85个，方格纸每格面积为1cm2，所以该油膜的面积约为85cm2。
油酸分子的直径
实验二、测定玻璃的折射率
【实验原理】
如图所示，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线的O'B，从而确定折射光线OO'。
方法一：
测出入射角i和折射角r，根据
可算出玻璃的折射率。
方法二：
如图所示，以O为圆心，作圆与OA、OO'分别交于P、Q点，过P、Q点分别作法线NN'的垂线，
垂足分别为P'、Q'，测量出PP'和QQ'的长度，则玻璃的折射率
例2、“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察并依次插上P3和P4。
在插P3和P4时，应使________（选填选项前的字母）。
A.P3只挡住P1的像
B.P4只挡住P2的像
C.P3同时挡住P1、P2的像
【答案】C
【解析】测定玻璃折射率相对较简单，需要了解本实验的具体实验步骤即可解题。
【考点】测定玻璃的折射率
举一反三
【变式1】某同学由于没有量角器，他在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O、O'连线于C点。
过A点作法线NN'的垂线AB交NN'于B点，过C点作法线NN'的垂线CD交于NN'于D点，如图所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm。
由此可得出玻璃的折射率n=________。
【答案】1.50
【解析】由图可知，
为入射角，
为折射角
，
，
OA=OC=R=10.00cm，
折射率
【变式2】某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。
开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像。
如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。
此时只需测量出______________________________，即可计算出玻璃砖的折射率。
请用你的方法表示出折射率n=__________。
【答案】玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ，
。
【解析】由题意可知，当玻璃砖转过某一角度θ时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2的像，做出如图所示的光路图可知，当转过角度θ时，有
。
【变式3】如图所示，在一薄壁圆柱体玻璃烧杯中，盛上水或其他透明液体，中间插入一根细直铁丝，沿水平方向观看，会发现铁丝在液面处出现折断现象，这是光的折射现象形成的。
阅读上述材料，回答下列问题：
（1）①若把铁丝插在____位置，无论沿水平方向从什么方向看，铁丝均无折断现象。
②如图1所示的情景，与实际观察的情况相符的是（其中O为圆心）_________。
（2）利用上述现象，用毫米刻度尺、三角板、三根细直铁丝，可测液体折射率。
实验步骤是：
①用刻度尺测量找出直径AB，并把刻度尺在刻度线的边缘与AB重合后固定并测出直径R（如图）。
②将一根细铁丝竖直固定于B处，用三角板找出过圆心O的垂直AB的直线，交杯缘于C，把一根细铁丝竖直固定于C点。
③______________________________________。
④______________________________________。
⑤______________________________________。
完成上面的实验，填在相应的横线上。
（3）利用上面的测量值，推算出折射率
的表达式（要有推算过程）。
【答案与解析】
（1）①圆心O处②BC
（2）③把另一根铁丝紧靠直尺AB边移动，使其折射像与C处、B处的铁丝三者重合。
④测出铁丝距B（或A）的距离。
⑤求出折射率。
（3）由上面的实验步骤知
是铁丝在P时的像，PC为入射光线，
、
为对应的入射角和折射角，如图3所示。
由折射定律得
，
又
，
所以折射率
.
例3、在做测定玻璃折射率的实验时。
（1）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的界面ab前，不慎碰了玻璃砖使它向ab方向平移了一些，如图（甲）所示，其后的操作都正确，但画光路图时，将折射点确定在ab和cd上，则测出的n值将_____________。
（2）乙同学为了避免笔尖接触光学面，画出的a'b'和c'd'都比实际侧面向外侧平移了一些，如图（乙）所示，以后的操作均正确，画光路图时将入射点和折线点都确定在a'b'和c'd'上，则测出的n值将_____________。
（3）丙同学在操作和作图时均无失误，但所用玻璃砖的两个界面明显不平行，这时测出的n值将______________。
【答案】
（1）不变。
（2）变小。
（3）无影响。
【解析】
（1）不变，此时玻璃砖的平移对测量结果没有影响。
由图（甲）可看出折射角不变，入射角相同，故测得的折射率将不变。
（2）变小。
由图（乙）可看出，使入射点O向左移，折射点向右移，所画出的折射角r'比实际折射角r偏大，由
知，测得的折射率偏小。
（3）无影响。
同样可根据入射光线和出射光线确定玻璃内折射光线，从而确定入射角和折射角，只要第二个界面不发生全反射就行了。
不过，入射光线和出射光线不平行，如图（丙）。
【总结升华】不要凭想象去选择答案，而是要通过作图进行分析，入射角、折射角改变了没有，如果改变了，是变大了还是变小了，再根据折射定律公式从而得出正确的结论。
举一反三
【变式】在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图所示，①、②和③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图．则
甲同学测得的折射率与真实值相比________（填“偏大”“偏小”或“不变”）．
乙同学测得的折射率与真实值相比________（填“偏大”“偏小”或“不变”）．
丙同学测得的折射率与真实值相比
________________________________________________________________________．
【答案】偏小； 不变； 可能偏大、可能偏小、可能不变。
【解析】用图①测定折射率时，玻璃中折射光线偏大了，所以折射角增大，折射率减小；用图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图③测折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可大、可小、可不变。
实验三、用双缝干涉测光的波长
【实验原理】
如图所示，电灯发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时达到双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于二个相位完全一致的单色相干光源，透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，到S1，S2距离之差是波长整数倍的位置上，（如P1：
P1S2一P1S1=λ。
P2：
P2S2一P2S1=2λ）两列光叠加后加强得到明条纹，在到S1、S2的距离之差为半波长的奇数倍的位置，两列光相遇后相互抵消，出现暗条纹。
这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2的明暗相间的干涉条纹。
相邻两条明条纹间的距离
与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离L有关，其关系为：
只要测出
、d、L即可测出波长λ，若光源与单缝间不加滤光片，则光源所发出的各种色光在屏上都分别发生叠加而出现明暗相间的条纹，但各种色光的波长不同，从而两相邻明条纹间的距离就不同，但是各色光在屏上到与S1、S2等距离的位置0处均出现明条纹，即明条纹在此重合。
从而此处的条纹颜色为白色，但在其他位置上各色光的明条纹并不重合。
从而，显现出彩色条纹。
两条相邻明（暗）条纹间的距离
，用测量头测出。
测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示。
转动手轮，分划板会左、右移动。
测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心（如图所示）记下此时手轮上的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时，记下手轮上的刻度数a2，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离，即
。
很小，直接测量时相对误差较大，通常测出n条明条纹间的距离
，再推算相邻两条明（暗）条纹间的距离。
实验器材放置的顺序：
例4、用双缝干涉测光的波长，实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件（）
A．白炽灯 B．单缝 C．光屏 D．双缝
E．滤光片（其中双缝和光屏连在遮光筒上）．
（1）把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：
________。
（2）正确调节后，在屏上观察到红色的干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有a____b（填“大于”或“小于”）
（3）若在双缝干涉测光的波长的实验中，所用双缝间距d=2mm，双缝到屏的间距L=86.4cm，手轮的初始读数为
=2.12mm，转动手轮，分划板中心刻线移动到第13条线时手轮读数
=5.54mm，求通过滤光片后的波长。
【答案】
（1）AEBDC
（2）大于（3）
【解析】
（1）正确的排列顺序是：
白炽灯、滤光片、单缝、双缝、光屏，即AEBDC。
（2）根据双缝干涉条纹间距公式
，可知波长越长，干涉条纹间距越大，红光的波长大于绿光的波长，所以a大于b。
（3）相邻两条明（暗）条纹间的距离
，
又双缝干涉条纹间距公式
，
代入数据解得通过滤光片后的波长为
。
【总结升华】理解实验的基本原理、知道实验器材的正确排列顺序、知道相关计算公式
和
、正确进行单位换算。
举一反三
【变式1】利用双缝干涉测光的波长的实验中，双缝间距d=0.4mm，双缝到光屏间的距离L=0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也由图中所给出，则：
（1）分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为
_____mm，
_____mm，
相邻两条纹间距
=________mm；
（2）波长的表达式
________，（用
、L、d表示），
该单色光的波长
________m；
（3）若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将_______（填“变大”、
“不变”或“变小”）．
【答案】
（1）11.1，15.6，0.75；
（2）
，
（3）变小
【解析】
（1）A位置游标卡尺的主尺读数为11mm，游标读数为0.1×1mm=0.1mm，
所以最终读数为11.1mm．
B位置游标卡尺的主尺读数为15mm，游标读数为0.1×6mm=0.6mm，
所以最终读数为15.6mm．
相邻两条纹间距
（2）根据双缝干涉条纹的间距公式
，得波长的表达式
代入数据得，
．
（3）根据双缝干涉条纹的间距公式
知，频率变高，波长变短，
则干涉条纹间距变小。
【变式2】在双缝干涉实验中，分布用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比Δx1______Δx2（填“＞”“＜”或“＝”）。
若实验中红光的波长为630nm，双缝到屏幕的距离为1m，测得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5nm，则双缝之间的距离为mm。
【答案】
（1）＞0.300
【解析】光的双缝干涉条纹间距
（λ为光的波长，L为屏与双缝之间距离，d为双缝之间距离），红光波长长λ红＞λ绿，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即Δx1>Δx2,条纹间距根据数据可得
，根据
可得
代入数值得：
d=3.00×10-4m=0.300mm.
【考点】实验三：
用双缝干涉测光的波长
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