高考物理一轮复习讲义专题11.3 本专题实验（原卷版）

专题11.3本专题实验【讲】【讲核心素养】科学实验：1、通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。2、会用双缝干涉实验测量光的波长【讲考点题型】【知识点一】实验：测定玻璃的折射率1.实验原理如图所示，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，再根据n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)或n＝eq\f(PN,QN′)计算出玻璃的折射率。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.实验步骤（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P3和P1、P2的像。（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sinθ1和sinθ2。（8）改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。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sinθ1和sinθ2。算出不同入射角时的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。（2）作sinθ1－sinθ2图像：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2的图像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)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”法确定sinθ1、sinθ2，计算折射率n。以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，如图3所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，则n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。【例1】（2022·浙江温州·二模）在“测定玻璃的折射率”实验时：（1）下列做法正确的是______；A．入射角越大，误差越小B．画出玻璃砖边界面后，实验过程中玻璃砖就可以任意移动了C．插大头针时，要尽量让针处于竖直状态且间距适当远一些D．所用玻璃砖必须是平行玻璃砖，用其他形状的玻璃砖无法测得其折射率（2）某学生在插第三枚大头针SKIPIF1<0时，在视线中看到SKIPIF1<0、SKIPIF1<0两枚大头针“断”成了a、b、c、d四截，如图所示。正确的做法是让SKIPIF1<0同时挡住______。A．a、bB．c、dC．a、cD．b、d【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学实验。【变式训练1】（2022·浙江·模拟预测）某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，作出的光路图及测出的相关角度如图所示。（1）下列那些操作有助于减小测量误差___________。A．选用较粗的大头针，以便大头针的像能看得清晰B．选用宽度适当大一点的玻璃砖C．入射角不要过大，也不要过小D．P3和P4两针的距离要适当远一点E．玻璃砖的前后两个侧面务必平行（2）本实验采用先画入射光线，再插上P1和P2两针，因入射光线已经画好，故只要P1和P2两针插得准、插得直就可以，对两针距离远近没有要求，这个说法是___________的。（填“正确”或“错误”）（3）某同学在插P4这枚针的时候不小心插得偏右的了一点，此操作会导致折射率的测量值___________。（填“偏大”、“不变”或“偏小”）【方法总结】注意事项（1）实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O′之间距离要稍大一些.（2）入射角θ1不宜太大（接近90°），也不宜太小（接近0°）.（3）操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线.（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，宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大.【知识点二】实验：用双缝干涉测光的波长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λ＝eq\f(d,l)Δx.2.实验过程（1）观察双缝干涉图样①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示.②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光.③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.④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5～10cm.⑤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①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.②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.③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l（d是已知的）.④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Δx＝eq\f(an－a1,n－1).（2）波长λ＝eq\f(d,l)Δx.（3）计算多组数据，求λ的平均值.4.注意事项（1）安装时，注意调节光源、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.（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所致；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行所致.【例2】（2022·北京·高三开学考试）如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中：（1）在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤色片、③_________、④_________、⑤遮光筒、⑥光屏（含测量头）。（2）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．将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄B．将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变宽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E．去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失（3）在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹记为第1条亮纹，此时手轮上的示数如左图所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如右图所示，则此示数为_________mm，由此可求得相邻亮纹的间距SKIPIF1<0为_________mm。（4）已知双缝间距d为SKIPIF1<0，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式SKIPIF1<0_________，求得所测红光波长为_________nm。【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学实验。【变式训练2】（2022·广东·高三开学考试）某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其实验装置如图所示。（1）为测量该单色光的干涉条纹宽度，各仪器安装位置如图所示，图中A为滤光片，B为__________（填“单缝”或“双缝”），C为__________（填“单缝”或“双缝”）。（2）在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时：①观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝__________（填“垂直”或“平行”），从而使条纹变得清晰。②要想增加从目镜中观察到的条纹个数，需将毛玻璃屏向__________（填“靠近”或“远离”）双缝的方向移动。（3）下列图示中条纹间距表示正确是__________（填正确答案标号）。A．B．C．D．（4）在实验前已获知的数据有双缝间的距离d和双缝与毛玻璃屏之间的距离L，通过测量头观察到第N1条亮条纹的读数为Y1，观察到第N2条亮条纹的读数为Y2，请写出计算该单色光波长的表达式SKIPIF1<0=_________。【方法总结】1.数据处理（1）条纹间距Δx＝eq\f(an－a1,n－1