第73课时　光学实验　实验增分课-2025版高中物理一轮 总复习VIP

第73课时光学实验[实验增分课]CONTENTS03立足“四层”·夯基础概念公式定理着眼“四翼”·探考点题型规律方法聚焦“素养”·提能力巧学妙解应用01立足“四层”·夯基础概念公式定理装置原理一、测量玻璃的折射率操作要领（1）铺白纸、画线①将白纸用图钉固定在木板上；②画出两边界线aa'和bb'、法线NN'、入射光线AO，注意不能用玻璃

砖界面代替直尺画界线。（2）插针与测量①在AO线上竖直插上两枚大头针P1、P2，在玻璃砖另一侧通过观察

插上大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像；②移去玻璃砖和大头针，连接P3、P4交bb'于O'，连接OO'；③测出入射角θ1、折射角θ2数据处理数据处理误差分析（1）入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射

侧所插两枚大头针间距应大一些。（2）入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减

小测量的相对误差二、用双缝干涉测量光的波长装置原理数据处理误差分析注意事项（1）双缝到光屏的距离l的测

量存在误差。（2）测量条纹间距Δx带来的

误差①干涉条纹没有调整到最清

晰的程度。②分划板中心刻线与干涉条

纹不平行，中心刻线没有恰

好位于亮条纹中心。③测量多条亮条纹间的距离

时读数不准确，此间距中的

条纹数未数清（1）调节双缝干涉仪

时，要注意调整光源

的高度。（2）放置单缝和双缝

时，缝要相互平行。（3）不要直接测

Δx，要测多条亮条纹

的间距再计算得到

Δx，这样可以减小误

差02着眼“四翼”·探考点题型规律方法【典例1】

（2023·海南高考14题）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，回

答下列问题：（1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图；答案：见解析图（2）已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n

＝

（用l1、l2、l3表示）；

（3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会

⁠

（选填“变大”“变小”或“不变”）。变小难点助攻第（2）问求解折射率n的关键：①根据两面平行玻璃砖的出射光线与入射光线平行的特点，可

知射入玻璃砖的入射角等于射出玻璃砖的折射角②根据题意可推知S1C∥S2B。解析：（1）根据题意画出光路图如图甲所示。

（3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，画出光路图如图乙所示，可看出S1S2间的距离变小。【典例2】

某同学用如图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测

量光的波长”的实验，他用带有游标尺的测量头（如图乙所

示）测量相邻两条亮条纹间的距离，转动测量头的手轮，使分

划板的中心刻线对齐某一条亮条纹（将这一条纹确定为第一亮

条纹）的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示，转动测

量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第六亮条纹的中心，此

时游标尺上的示数情况如图丁所示。（1）图丙的读数x1＝

mm。0.15（2）图丁的读数x2＝

mm。（3）实验中所用的双缝间的距离d＝0.20mm，双缝到屏的距离L＝60

cm，则实验中计算波长的表达式λ＝

（用题目中

给出的已知量和直接测量量的符号表示）。8.95

（4）根据以上数据，可得实验中测出的光的波长λ＝

nm。587易错排查第（3）问推导计算波长的表达式，求解条纹间距时，根据“某

一条亮条纹（将这一条纹确定为第一亮条纹）的中心，……转

动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第六亮条纹的中

心”，应该判断出“某一条亮条纹与第六亮条纹”中心间的距

离等于条纹间距Δx的5倍，此处容易错误的判断为6倍。（2）题图丁中的主尺读数为8mm，游标尺读数为19×0.05mm

＝0.95mm，所以题图丁的读数x2＝8mm＋0.95mm＝8.95mm。解析：（1）题图丙中的主尺读数为0mm，游标尺读数为3×0.05

mm＝0.15mm，所以题图丙的读数x1＝0＋0.15mm＝0.15mm。

1.某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，

刻度尺，圆规，笔，白纸。（1）下列哪些措施能够提高实验准确程度

（选填选项前字

母）。A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些AD解析：为了减小作图误差，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，A正确；根据折射定律可知，如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折射率的测定结果不产生影响，B错误；为了准确确定光路图，应选用较细的大头针来完成实验，选用粗的大头针完成实验时，观察时容易出现误差，C错误；插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离适当大些时，相同的距离误差情况下引起的角度误差较小，D正确。（2）该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和

四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的

是

⁠。D解析：由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确。（3）该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B两点，再过A、B两点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图（a）所示，则玻璃砖的折射率n＝

（用图中线段的字母表示）。

（4）在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙两位同学在

纸上画出的界面aa‘、bb’与玻璃砖位置的关系分别如下图（b）

中①、②所示，其中甲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

⁠

（选填“偏大”“偏小”或“不变”）；乙同学测得的折射

率与真实值相比

（选填“偏大”“偏小”或“不

变”）。偏小不变

2.（2023·广东高考11题）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。解析：③刻度尺的最小分度值为0.1cm，由图（b）可

知，d1为2.25cm。2.25（2.23～2.27均可）（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

两位有效数字）

1.5

解析：为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中d1、d2要尽量稍大一些，则激光在M点入射时应尽量使入射角稍小一些。稍小一些3.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示。（1）某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了

实验现象后，总结出以下几点：A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D.干涉条纹的间距与光的波长有关以上几点中，你认为正确的是

（选填选项前字母）。AD解析：为了获得清晰的干涉条纹，A正确；由干涉现象

可知干涉条纹与双缝平行，B错误；干涉条纹的疏密与单缝宽

度无关，与光的波长有关，C错误，D正确。（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上

的示数如图乙所示，该读数为

mm。0.700解析：手轮的读数为0.5mm＋20.0×0.01mm＝0.700mm。（3）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，如图丙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx

时，测量值

（选填“大于”“小于”或“等于”）

实际值。解析：条纹与分划板不平行时，实际值Δx实＝Δx测cos

θ，θ为条纹与分划板竖直刻线间的夹角，故Δx实＜Δx测。大于4.洛埃德（H.Lloyd）在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装

置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到

屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现

干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S'。（1）通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和

双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个

缝，

相当于另一个“缝”；解析：根据题图可知，如果S被视为其中的一个缝，S经

平面镜成的像S'相当于另一个“缝”。S经平面镜成的像S'（或S'）（2）实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时，在

入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，

即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处

是

（选填“亮条纹”或“暗条纹”）；解析：根据题意可知，把光屏移动到和平面镜接触，光线经过平面镜反射后将会有半波损失，因此接触点P处是暗条纹。暗条纹（3）实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15mm，单缝到光

屏的距离D＝1.2m，观测到第3个亮条纹到第12个亮条纹的中

心间距为22.78mm，则该单色光的波长λ＝

⁠m

（结果保留三位有效数字）。

6.33×10－703聚焦“素养”·提能力巧学妙解应用1.在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作后插好了4枚

大头针，如图甲所示。1234567A.入射角越大，误差越小B.在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面C.实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量D.判断像与大头针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部C（1）下列说法正确的是

⁠；1234567解析：入射角尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会较小，但要注意并不是入射角越大越好，应适度，故A错误；为了防止弄脏玻璃砖，不能用铅笔贴着光学面画出界面，故B错误；实验中需要测角度时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量，故C正确；判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的整个部分，不能只观察其头部，故D错误。1234567（2）请在图甲中画出完整的光路图；答案：见解析图甲解析：光路图如图甲所示。1234567（3）对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n

＝

（保留三位有效数字）；

1.57（1.45～1.62均可）1234567（4）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次

实验，经正确操作后插好了8枚大头针，如图乙所示。图丙中

P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的

2枚大头针是P3和

（选填“A”或“B”）。A1234567解析：光线经由P1P2射入后光路图如图丙所示。第一次折射时入射角大于折射角，第二次是从玻璃砖射向空气，折射角要大于入射角，出射光线要远离法线，由图可知经P3A的出射光线符合事实，而经P3B的出射光线靠近法线不符合事实，故对应的出射光线上的2枚大头针是P3和A。12345672.（2021·浙江6月选考18题）“用双缝干涉测量光的波长”的实验装

置如图所示。实验中：1234567（1）观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的

是

⁠。A.旋转测量头B.增大单缝与双缝间的距离C.调节拨杆使单缝与双缝平行C解析：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，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行。故选C。1234567（2）要增大观察到的条纹间距，正确的做法是

⁠。A.减小单缝与光源间的距离B.减小单缝与双缝间的距离C.增大透镜与单缝间的距离D.增大双缝与测量头间的距离

D12345673.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求

安装在光具座上，如图甲所示，并选用缝间距d＝0.2mm的双缝

屏。从仪器注明的规格可知，光屏与双缝屏间的距离l＝700mm。

然后，接通电源使光源正常工作。1234567（1）已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50个分度。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

干涉条纹如图乙（a）所示，图乙（a）中的数字是该同学给

各暗纹的编号，此时图乙（b）中游标卡尺上的读数

x1＝1.16

mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙（a）所

示，此时图丙（b）中游标卡尺上的读数x2＝

mm。解析：由游标卡尺的读数规则可知x2＝15mm＋1×0.02mm＝15.02mm。15.021234567（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Δx＝

mm；这种色光的波长λ＝

nm。

2.3166012345674.实验可让学生们提高对物理知识的理解和应用能力。如图所示，一

个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，请填写下述实验步骤中

的空白。（1）用刻度尺测出广口瓶瓶口内径d。（2）在瓶内装满水。1234567（3）将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中。（4）沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0

刻度（即图中A点），同时看到水面上B点刻度的像B'恰与A点

的像相重合。且水面恰与直尺的C点相平，如图所示，

则

和

⁠分别

等于入射角和折射角。∠OAC∠OB'C或∠OBC（两者选一即可）解析：从A点发出的光线经折射后进入眼睛，所以

∠OAC等于入射角，∠OBC等于折射角。1234567（5）读出

和

⁠的长度。ACAB或

BC（两者选一即可）解析：若水面恰与直尺C点相平，读出AC和BC（AB）的长度。1234567（6）由题中所给条件和前面步骤得到的数据，可以计算水的折射

率n＝

⁠

⁠。

答案对应即可]

12345675.可发出红、黄、绿三色光的多层警示灯，被广泛应用于数控机床、

电子机械自动化生产线等工业领域。某同学想采用如图甲所示的实

验装置测定三种色光的波长。1234567（1）打开多层示警灯的绿光灯，将遮光筒对准光源放置。在光源

和双缝之间还必须放置一个

（选填“滤光片”或

“单缝”），其目的是保证经双缝得到的两列光是

⁠

（选填“相干”或“非相干”）光；解析：在光源和双缝之间还必须放置一个单缝，其目的

是保证经双缝得到的两列光是相干光。单缝相干1234567（2）已知双缝之间的距离为0.6mm，双缝到屏的距离为1.5m，绿

光的干涉图样如图乙所示，分划板中心刻线在A位置时螺旋测

微器的读数为1.128mm，在B位置时读数如图丙所示，

为

mm，则该绿光的波长为

nm（计算结果保

留三位有效数字）；6.5265401234567

1234567（3）在不改变其他条件的情况下，该同学又进行了几组实验，通

过照相底片记录了干涉图样，分别测量了红光、黄光的波长

（红光为625nm、黄光为570nm）。下图是实验中记录下的

三种色光的干涉图样，但被不小心弄混了，经判断绿光产生

的干涉图样是图

（选填“A”“B”或“C”）。C1234567解析：由波长关系λ红＞λ黄＞λ绿，可知在其他条件不变的情况下，干涉图样条纹间距Δx红＞Δx黄＞Δx绿，所以绿光的条纹间距最小，则绿光产生的干涉图样是题图C。12345676.用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好

圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，

然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡

住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1

和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和

圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已

画出经P1、P2点的入射光线。1234567（1）在图甲上补画出所需的光路。（2）为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图

甲中的AB分界面上标出这两个角，分别用i和r表示。答案：见解析图1234567解析：

（1）（2）连接P1、P2表示入射光线，

连接P3、P4表示出射光线，连接两光线与

玻璃砖的交点，即为折射光线，测量的入

射角i、折射角r及光路图如图所示。1234567（3）为了保证光线从弧面CD上射出，实验过程中，光线在弧面AB

的入射角应适当

（选填“小一些”“无所谓”或

“大一些”）。解析：为防止光线在弧面CD发生全反射，光线在弧面

AB的入射角应适当小一些。（4）多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入

射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像

可知该玻璃的折射率n