专题12 光学类实验解答总结-【实验攻略】备战2024年高考物理各类实验解答总结（解析版）

第第页专题12光学类实验解答总结【本专题涉及到的常见的实验】1、实验：测量玻璃的折射率2、实验：用双缝干涉测量光的波长【方法总结提升】1、实验：测量玻璃的折射率数据处理方法（1）计算法：由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，算出不同入射角时的n值，并取平均值．（2）图像法：作sinθ1－sinθ2图像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知其斜率为折射率．（3）单位圆法：以入射点O为圆心，作半径为R的圆，如图所示，则sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，所以用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′).2、实验：用双缝干涉测量光的波长（1）数据处理的方法①调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；②转动手轮，当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a2；③相邻两条亮条纹间的距离Δx＝eq\f(|a1－a2|,n－1)，则由λ＝eq\f(d,l)Δx＝eq\f(d|a1－a2|,ln－1)得波长．（2）注意事项①实验时应调整光源、单缝、双缝和毛玻璃屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行．若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小，不清晰，不便于观察和测量．②分划板上的中心刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量的误差．③测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺．【例题1】“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离。然后，接通电源使光源正常工作。（1）“用双缝干涉测量光的波长”实验装置如图1所示。光具座上a、b、c处放置的光学元件依次为（选填选项前字母）。A．滤光片双缝单缝

B．滤光片单缝双缝C．单缝滤光片双缝

D．双缝滤光片单缝（2）某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图2中所示，则①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为mm，在B位置时游标卡尺读数为mm，相邻两条纹间距mm；②该单色光的波长m（保留两位有效数字）【答案】B11.115.60.756.0×10-7【解析】（1）器材从左到右的安装顺序为光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、像屏。故选B。（2）①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为在B位置时游标卡尺读数为相邻两条纹间距②根据可得代入数据可得【例题2】如图甲所示，张同学用“插针法”测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心О，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接О和P3。图中MN为分界面，虚线为法线；B、C分别是入射光线，折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。（1）张同学在图甲中用刻度尺测得，，则玻璃砖的射率（结果保留两位小数）；若实验中该同学由于视角的原因，在插大头针P3时插的位置稍微偏左，则测得玻璃砖的折射率将（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。（2）如图乙所示，同班的李同学将圆心为О、半径为R的另一块半圆形透明介质置于水平桌面上，光线从Р点垂直分界面入射后，恰好在透明介质的圆形弧面发生全反射。经测量发现，则透明介质的折射率为。已知真空中的光速为c，李同学通过分析认定光在该透明介质中传播的速度为。【答案】1.60偏大2/2.00【解析】（1）设圆的半径为R，根据几何知识得，入射角的正弦折射角的正弦其中根据折射定律得，玻璃砖的折射率若实验中该同学由于视角的原因，在插大头针P3时插的位置稍微偏左，则测得的CD偏小，则玻璃砖的折射率偏大。（2）光线从Р点垂直分界面入射后，恰好在透明介质的圆形弧面发生全反射，则根据李同学通过分析认定光在该透明介质中传播的速度为v，则解得【例题3】．在“测玻璃的折射率”实验中：（i）如图甲，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，确定P3位置的方法是透过玻璃砖观察，使P3挡住（选填“P1、P2”或“P1、P2的像”）；（ii）小华同学正确确定P4位置，并确认其他的操作步骤也都正确后，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出图线，如图乙所示，从图线可求得玻璃砖的折射率是；（iii）小星同学在画界面时，不小心将界面bb'画歪了一些，如图丙所示，他随后实验测得的折射率（选填“偏大”“偏小”“不变”或“偏大、偏小和不变都有可能”）【答案】P1、P2的像1.6偏大、偏小和不变都有可能【解析】（i）在插针P3时，透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像；（ii）根据折射定律根据sinθ2-sinθ1图像斜率可知，斜率折射率（iii）红线表示实际的光路图而黑线是作图时所采用的光路图，可见，入射角没有变化，折射角的测量值偏大，根据折射率公式可知小星同学测得的折射率与真实值相比偏小；红线表示实际的光路图而黑线是作图时所采用的光路图，可见，入射角没有变化，折射角的测量值偏小，根据折射率公式可知小星同学测得的折射率与真实值相比偏大；光路如图所示操作正确，与画玻璃砖形状无关，所以小星同学测得的折射率与真实值相比不变。由上可知测得的折射率为偏大、偏小和不变都有可能。【例题4】某同学在家里进行小实验，他先点燃蜡烛将无色玻璃片熏黑，再用刀片在玻璃片上笔直划过，这样便得到了单缝和不同间距双缝的缝屏。将所得到的缝屏以及激光笔、光屏等利用铁架台组装成图甲所示的装置，用于研究光的衍射和干涉。（1）某次实验时，在光屏上观察到如图乙所示的明暗相间的条纹，则该同学所安装的缝屏是（选填“单缝”或“双缝”）；（2）该同学利用装置进行双缝干涉实验时，在光屏上观察到的条纹如图丙所示，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离x=cm；测得缝屏上双缝间的宽度d=0.150mm，双缝到光屏间的距离L=1.50m，则该激光的波长λ=m（结果保留3位有效数字）；（3）为使光屏上观察到的条纹更密集，可采取的操作是。A．换用双缝间距更大的缝屏B．增大缝屏与光屏之间的距离C．增大激光源与缝屏之间的距离【答案】单缝6.506.50×10-7A【解析】（1）图甲中，中央亮条纹较宽，而两侧亮条纹较窄，所以是单缝衍射图样。（2）刻度尺的分度值为0.1cm，需要估读到0.01cm，所以A、B两亮纹间的距离为6.50cm。相邻条纹间距为根据可得该激光的波长为（3）为使光屏上观察到的条纹更密集，即减小，根据可知可采取的操作是换用双缝间距更大的缝屏或减小缝屏与光屏之间的距离，而增大激光源与缝屏之间的距离对无影响。故选A。1．利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距，双缝到光屏间的距离，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。（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）正确操作后，该组同学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如图中所给出，则：①分划板在图中A、B位置时由游标卡尺读数求得相邻两条纹间距。②该单色光的波长m。【答案】B0.75【解析】（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则需要减小条纹间距，由公式A．将单缝向双缝靠近，不改变条纹间距，故A错误；B．将屏向靠近双缝的方向移动，减小，则条纹间距减小，故B正确；C．将屏向远离双缝的方向移动,增大，则条纹间距增大，故C错误；D．使用间距更小的双缝，则条纹间距增大，故D错误。故选B。（2）①10分度游标卡尺的精确值为，由图可知则相邻两条纹间距为②根据可得该单色光的波长为2．如图，在“测量玻璃的折射率”的实验中，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找到跟入射光线AO对应的出射光线，从而确定玻璃中的折射光线。（1）在图中标记了四个角，分别为、、、，则玻璃的折射率。（2）下列措施中，能减小实验误差的是。A．玻璃砖界面与间的距离越小越好B．入射角不能太小C．大头针应竖直地插在纸面上D．针与、与的间距要适当远些E．针与、与的间距要适当近些【答案】BCD【解析】（1）由图知，入射角为，折射角为，根据折射定律，可得玻璃的折射率（2）A．为了减小实验的相对误差，玻璃砖界面与间的距离要适当大些，这样由于相同视觉距离误差所引起的角度误差要小一些，故A错误；B．如果入射角太小，则对角度的测量产生的误差较大，故角度不能太小，故B正确；C．大头针应竖直地插在纸面上，这样可以减小实验误差，故C正确；DE．针与、与的间距要适当远些，这样可减小标记入射光线以及折射光线时所引起的误差，故D正确，E错误。故选BCD。36．7．某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线，如图甲，并在入射光线AO上插上大头针、，现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上和大头针，便能确定光在玻璃砖中的折射光线。（1）确定位置的方法正确的是；A．透过玻璃砖，挡住的像B．先插上大头针，在靠近玻璃砖一侧挡住的位置C．透过玻璃砖观察，使挡住、的像（2）经过多次测量作出（为光线AO对应的折射角）的图像如图乙，玻璃砖的折射率为（保留三位有效数字）（3）若该同学在确定位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把位置画的偏左了一些，则测出来的折射率（填“偏大”、“偏小”或“不变”）（4）该同学突发其想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，插针、的连线垂直于AB面，若操作无误，则在图中右边的插针应该是。A．

B．

C．

D．【答案】C1.50偏小C【解析】（1）确定位置的方法正确的是：透过玻璃砖观察，使..挡住、的像，故选C。（2）光路如图根据可知，图像的斜率等于折射率，由图像可知玻璃砖的折射率为（3）若该同学在确定位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把位置画的偏左了一些，则P4P3的连线与bb′的交点偏右，测得的折射角θ2偏大，则根据可知，测出来的折射率偏小。（4）光路图如图所示根据光路图可知，经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转，然后射入右侧玻璃砖后平行射出，所以在图中右边的插针应该是P5P6,故选C。4．某小组开展研究性学习，欲根据光学知识，测量一半圆柱体玻璃砖的折射率。具体步骤如下：（1）如图甲所示，将白纸固定在水平桌面上，两个量角器作一同心圆O，并标上相应的刻度和度数；（2）将被测量半圆柱体玻璃砖垂直放在白纸上，圆柱体的圆心和同心圆的圆心对齐，圆柱体直线边与量角器0刻度线对齐；（3）用铅笔准确描出玻璃砖底面圆的轮廓。（4）用激光笔发出细束激光，对准圆柱体的圆心沿半径方向入射，分别准确记录入射角i和折射角r，图甲中对应的入射角和折射角。（5）改变入射角，再次记下入射角i和折射角r，根据多次测量数值，作出图像如图乙所示，则玻璃砖的折射率为（结果保留两位有效数字）。（6）根据相对误差的计算式为，为了减小i、r测量的相对误差，实验中激光在O点入射时应使入射角（填“适当大一些”或“尽量小一些”），考虑到入射光在圆柱体的直线边界可能发生现象，故入射角不能（填“太大”或“太小”）。【答案】30.0°48.0°1.5适当大一些全反射太大【解析】（4）量角器的分度值为1°，需要估读到分度值的下一位，故示数分别为30.0°、48.0°。（5）由光的折射定律可知，折射率（3）为了减小入射角和折射角测量的相对误差，实验中激光在O点入射时应尽量使入射角适当大一些，但考虑到入射光在圆柱体的直线边界可能发生全反射现象，故入射角不能太大。5．“用双缝干涉实验测量光的波长”实验装置如图甲所示（1）某次测量中，分划板中心刻线对齐某一条亮纹的中心时，游标卡尺的游标尺位置如图乙所示，该读数为mm；（2）下列说法中正确的是（填选项前的字母）；A．去掉滤光片后，光屏上的干涉条纹消失B．去掉单缝后，光屏上仍然呈现清晰的干涉条纹C．实验中要注意使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上得到清晰的干涉条纹（3）若双缝间距为d，测出双缝与光屏间的距离L及n条亮纹中心间的距离x，则计算该单色光波长的表达式为λ＝（用题中所给字母表示）。【答案】13.50C【解析】（1）读数为13mm+10×0.05mm=13.50mm（2）A．若测量去掉滤光片，能观察到干涉图样，只不过是各色光重叠产生的彩色条纹，故A错误；B．双缝干涉的条件是频率相同、相差恒定，当仅撤去单缝屏，不能获取相干光源，所以光屏上双缝干涉的条纹不存在了，故B错误；C．实验中要注意使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上得到清晰的干涉条纹,故C正确。故选C。（3）n条亮纹中心间的距离x，则条纹间距该单色光波长的表达式为6．在“测玻璃的折射率”实验中，某实验小组在白纸上放好玻璃砖并已在方格纸中画出玻璃砖与空气的两个界面a和b。（1）该实验小组的同学通过“插针法”确定了四颗大头针的位置，请根据实验原理完善光路图，并标注出入射角i和折射角γ（2）根据题（1）测得玻璃的折射率n=（保留三位有效数字）；（3）若该组某同学在画好界面后，不小心将玻璃砖往上平移了一小段，则他测得的折射率将（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。【答案】1.50不变【解析】（1）实验原理光路图如下（2）如图所示，以入射点为圆心作圆，与入射光线、折射光线的延长线分别交于A、B点，再过A，B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，根据方格的比例得（3）将界面画好后将玻璃砖往上移，得到如图所示的光路图，实线为真实的光路图，虚线为在原定的界面上的光路图，对比两条线入射角和折射角，易得折射率不变。7．某小组的甲、乙同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，如图1所示。（1）为了减小实验误差，下列操作正确的是。A．必须选择边界平行的玻璃砖B．选择的入射角应尽量小些C．没有刻度尺时，可以将玻璃砖界面当尺子画界线D．大头针P1、P2和P3、P4之间的距离应适当大些（2）甲同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线，与法线的交点分别为B点和D点，如图2所示。用刻度尺测得AB的长度为x1，CD的长度为x2，则玻璃砖的折射率n=（用x1，x2表示）。（3）乙同学正确操作后，在实验中多次改变入射角，测出多组相关角度θ1、θ2，作出的图像，如图3所示，则此玻璃砖的折射率n=。（4）若该同学在确定P4位置时，不小心把P4位置画得偏左了一些，则测出来的折射率。（选填“偏大”“偏小”“不变”）【答案】D1.51偏小【解析】（1）A．用插针法测折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，A错误；B．入射角较小，折射现象不明显，误差较大，B错误；C．用玻璃砖界面当尺子画界线会增大实验误差，且容易损坏玻璃砖，B错误；D．大头针P1、P2和P3、P4之间的距离适当大一些，引起的角度误差会减小，D正确。故选D。（2）折射率为（3）根据得则折射率为（4）若该同学在确定P4位置时，不小心把P4位置画得偏左了一些，则画出的光路图出射点向右移动，光入射时的折射角偏大，测出来的折射率偏小。8．某同学测量玻璃的折射率。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P点水平入射，到达bc面上的Q点后折射出玻璃砖，用大头针在白纸上标记P点、Q点和激光笔出光孔S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，做ab界面的法线PM和光线PQ的反向延长线PN，过法线上的M点分别做PS和PN的垂线，垂足分别为点A和点B，如图甲所示；③用刻度尺测量MA和MB的长度和，MA的长度读数如图乙所示，cm，测得为。（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖的折射率表达式为，由测得的数据可得折射率n为（结果保留3位有效数字）。（4）为了减小实验的相对误差，下列说法正确的是。A．选取点M尽量靠近入射点PB．选取点M尽量远离入射点PC．选取ab界面的入射角尽量大些D．选取ab界面的入射角尽量小些【答案】BC/CB【解析】（2）③由刻度尺的读数方法可得MA的长度读数（3）折射率又，则代入数据解得（4）为了减小实验测量的相对误差，选取点M尽量远离入射点P，选取ab界面的入射角尽量大些。故选BC。9．在“测玻璃的折射率”实验中：（1）如图1，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是。A．若不小心用手触摸了光学表面，不会影响测量B．为减少测量误差，的连线与法线的夹角应尽量小些C．为了减小作图误差，和的距离应适当取大些D．界面一定要与平行，否则会有误差（2）如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度（填“大”或“小”）的玻璃砖来测量。（3）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图像如图2所示，从图像可知玻璃砖的折射率等于。（4）如图3所示，在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面面到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，则所测得的折射率将（填“偏大”“偏小”或“不变”）。【答案】C大1.5偏大【解析】（1）A．手拿光学元器件时切忌用手触摸“工作面”，以防脏污甚至腐蚀光学面造成永久的损坏，故A错误；B．为减少测量误差，入射角应适当大一些，即的连线与法线的夹角应尽量大些，故B错误：C．为了减小作图误差，将出射光线确定得更准确些，和的距离应适当取大些，故C正确：D．测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关，故玻璃的两个光学面不平行，对玻璃折射率的测定结果没有影响，故D错误。故选C。（2）如果有几块宽度不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度大的玻璃砖来测量，宽度越大，出射光线的侧位移越大，折射角的测量越准确，故为了减小误差应选用宽度大的玻璃砖来测量。（3）根据折射率定义公式有代入数据可得玻璃砖的折射率为（3）在实验过程中，画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，实际光线如图中的所示，而作图光线如图中OQ所示，导致折射角偏小，所测得的折射率偏大。10．小沈同学进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验，（1）其中部分器材如下：A．白炽灯

B．凸透镜C．单缝片

D．滤光片E.测量头

F.双缝片将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是（填字母）：A、B、、、F、E。（2）某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是。A．增加光源的功率B．将毛玻璃换成透明玻璃C．调节测量头的位置（3）下列图示中条纹间距表示正确的是。（4）如图所示是小沈同学改为参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行实验，图甲、乙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判断，第一次实验中。A．单缝与双缝的间距一定较大B．光强度较小C．光源到双缝的距离较大D．双缝到光传感器的距离可能较小【答案】DCACD【解析】（1）根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验中仪器的位置可知，从左向右依次为：白色光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、测量头。将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是：A、B、D、C、F、E；（2）为了便于测量，要使条纹亮度增加，即使得单位时间内的光子数目增多。A．当增加光源的功率，导致单位时间内的光子数目增多，故A正确；B．将毛玻璃换成透明玻璃，不会看到亮条纹，故B错误；C．调节测量头的位置，亮度不变，故C错误。故选A。（3）干涉条纹的宽度是指一个明条纹与一个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的明条纹（或暗条纹）的中心之间的距离，故C正确。（4）A．由题图可知，第一次得到的条纹间距较小，根据可知：单缝与双缝的间距对条纹间距无影响，选项A错误；B．光强度对条纹间距无影响，选项B错误；C．光源到双缝的距离对条纹间距无影响，选项C错误；D．双缝到光传感器的距离l较小，则条纹间距较小，选项D正确。故选D。11．（1）如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是。A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像B．为减少测量误差，P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量小些C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些D．若P1、P2的连线与法线NN'夹角较大时，有可能在bb'面发生全反射，所以在bb'一侧就看不到P1、P2的像（2）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示，从图线可知玻璃砖的折射率是。【答案】C1.5【解析】