高考物理二轮复习实验清单：光学实验

光学实验—高考物理二轮复习实验清单大全

实验十八：测玻璃的折射率

考查频次：中。

【知识梳理】

一、实验原理

用插针法确定光路，找出与入射光线相应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线,

从而可以测出一组对应的入射角和折射角，根据折射定律，便可求出玻璃的折射率.

二、实验器材

玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3〜4枚)、量角器、直尺、铅笔.

三、实验步骤

⑴把白纸用图钉钉在木板上.

(2)用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的直线aa作为分界面，过上一点。作垂直于。优的直

线NN作为法线，过。点画一条入射光线A。，使入射角，适当大些.如图1所示.

(3)在A0线上竖直地插两枚大头针Pi、Pi,在白纸上放上被测玻璃病，使玻璃砖的一个面与

aa'重合.

(4)用直尺画平行于玻璃砖另一侧面的一条直线bb'.

(5)在玻璃砖的4/一侧白纸上竖直地插一枚大头针P3,调整视线，同时移动大头针尸3的位置，

当P3恰好能同时挡住玻璃砖。优一侧所插的大头针Pi、尸2的像时，把大头针P3插好.

(6)在玻璃砖况/一侧再竖直地插一枚大头针P4,使PA能挡住P3本身，同时也能挡住Pi、P2的

像.

⑺记下「3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、尸4连一条直线30交沅/于。点，

连接。就是入射光线A。在玻璃砖内的折射光线，折射角为兀

(8)用量角器量出入射角，和折射角厂的大小.

(9)改变入射角工重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角.

(10)算出不同入射角时瞿的值，求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率.

四、数据处理

⑴计算法：把上述实验数据分别由〃=器计算出“1、磔、”3、…，求出平均值即为玻璃砖折

射率的测量值.

(2)图像法：因sini=〃sinr,所以可把上面的数据以sinr值为横坐标、以sini值为纵坐标，建立

直角坐标系，如图2所示.描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线.求解图线斜率，设斜

率为k,则n=k.

(3)单位圆法:过入射点画出玻璃砖界面的法线NN',以入射点3为圆心，适当长度为半径画圆，

入射光线、折射光线与圆周交于A和C,由点A、C向法线作垂线，分别交法线于4、C

AA'

点，如图3所示.测出垂线的长度44,和CC,则玻璃砖的折射率可表示为〃=注.

五、注意事项

(1)轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面.严禁把玻璃砖当

直尺使用.

(2)实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动.

(3)大头针P1与22、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光线方向时出现的误差.

(4)实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近90°),否则

会不易观察到Pl、P2的像.

【试题练习】

1.某实验小组要测量一半圆形玻璃砖的折射率。他们先在平铺的白纸上画出半圆形玻璃砖的

直径M和圆心。，过。点画法线，并画出一条入射光线co,cO与法线的夹角为30。。将半

圆形玻璃砖沿着直径放好，紧贴6点放置与法线平行的光屏，如图1所示。现用一红色激光笔

沿着cO方向射入一束光，在光屏上的P点出现一个光斑。用刻度尺测出玻璃砖的半径为七

OP=1.5Ro

光屏

光屏

rA

图1图2

（1）玻璃砖的折射率“=;（结果用分数表示）

（2）若实验过程中，实验小组的同学不小心将玻璃砖向左下方平移，但入射光线仍能通过玻

璃砖的圆心，如图2所示。在光屏上出现一个光斑，小组同学将此光斑仍记作P点，并在白

纸上连接。、P两点作为出射光线，则此时测得的折射率（选填“大于”“等于”或“小于”）

真实值；

（3）若改用绿色激光笔照射，其他条件不变，则光屏上的光斑会出现在______。（选填"P

点上方”“尸点下方”或“P点”）

4

1.答案：（1）-

3

（2）大于

（3）尸点下方

解析：（1）由题意可知，入射角为30。，折射角与NOP6大小相等，且sin/OPb=?=2

OP3

cin/（~）Ph4

根据折射定律可得玻璃砖的折射率为n=±

sin3003

（2）作出光线的传播路径如图所示

光屏

伊

—Zb

c

P'点为实际光屏上出现的光斑点，由折射率和几何知识可知，出射光线O'P与OP平行，连接

OP'作为出射光线，则折射角偏大，因此测得的折射率大于真实值。

(3)若改用绿色激光笔照射，玻璃对绿光的折射率大，光屏上的光斑会出现在P点下方。

2.某同学在做“测定玻璃折射率”实验时，其操作步骤如下：

①把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟也，对齐，在白纸上画出玻璃砖的另一个界面讥/；

②移去大头针和玻璃胸，连接鸟、P4,通过鸟、舄的连线与讥/的交点0,和a"上的入射点O,

作出玻璃砖中的光线00,测量出入射角4与折射角％,如图所示，并填入表格中：

③在白纸上画出一条直线a标代表两种介质的界面，过山，上的。点画出界面的法线MV1并

画一条线段A。作为入射光线；

④在线段A。上竖直地插上两枚大头针牛P2,透过玻璃砖观察大头针斗£的像。调整视线

方向，直到々的像被鸟挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针与B，使舄挡住4、2的像,

巴挡住《、2的像和鸟，记下生舄的位置:

(1)上述步骤正确的操作顺序应为(用步骤前的序号表示)；

(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o

(3)在用针插法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙二位同学在纸上画出的界面讥/与

玻璃砖位置的关系分别如图乙中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。他们的其它操作均正确，且均以口球、仍，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”）。

2.答案：（1）③①④②

（2）1.5

（3）偏小；不变

解析：（1）实验时先需要作出玻璃介质一个发生折射的界面，即在白纸上画出一条直线也，代

表两种介质的界面，过aa'上的。点画出界面的法线MV',并画一条线段A。作为入射光线,

即先进行操作③，之后把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟a"对齐，在白纸上画出玻

璃砖的另一个界面仍'，进行操作①，在利用插针法确定入射光线与折射光线，即进行操作④，

最后作出光路图，求出折射角与入射角，求出折射率，即进行操作②，可知上述步骤正确的操

作顺序应为③①④②。

（2）根据〃=史也

sm%

结合图像可知“=1.5

（3）在图乙①中，作出光路图，如图所示

其中，虚线表示实际光路，实线表示测量光路，可知测量的折射角大于实际的入射角，则甲同

学测得的折射率与真实值相比偏小；

乙同学虽然利用梯形玻璃砖，但其界面、入射角与折射角均不存在问题，即乙同学测得的折射

率与真实值相比不变。

实验十九：用双缝干涉实验测量光的波长

考点平均卷面分：3；考查频次：低。

【知识梳理】

一、实验目的：

了解光波产生稳定的干涉现象的条件；观察双缝干涉图样；测定单色光的波长。

二、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)纹间的距离与

双缝间的距离d、双缝到屏的距离L、单色光的波长丸之间满足4=A必。

L

三、实验器材：双缝干涉仪、米尺、测量筒。

白单炽灯一滤T光片单缝双『缝遮光筒三屏

Aa

四、实验步骤：

(1)如图所示，把直径约10cm、长约1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端装有双缝,

另一端装有毛玻璃屏；

(2)取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照

亮；

(3)放好单缝和双缝，单缝和双缝间距离约为5cm〜10cm,使缝相互平行，中心大致位于遮

光筒的轴线上，这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样；

(4)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的双缝干涉图样；

(5)分别改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化；

(6)已知双缝间的距离d,测出双缝到屏的距离3用测量头测出相邻两条亮(暗)纹间的距

离△%,由％=生且计算单色光的波长。为了减小误差，可测出〃条亮(暗)间的距离a,则

L

a

Atx=----；

n—1

(7)换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间距的变化，并求出相应色光的波长。

五、注意事项：

(1)单缝双缝应相互平行，其中心位于遮光筒的轴线上，双缝到屏的距离应相等；

(2)测双缝到屏的距离L可用米尺测多次，取平均值；

(3)测条纹间距时，用测量头则出〃条亮(暗)间的距离a,再求出相邻的两条明(暗)

纹间的距离,可以减小误差。

【试题练习】

3.如图甲所示，在“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d=0.20mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L=700mm。

然后，接通电源使光源正常工作。

光源凸透镜滤光片单缝双缝遮光筒像屏

u1:」:测量头

甲

（l）已知测量头上主尺的最小刻度是毫米，副尺游标尺为20分度，某同学调整手轮后，从测

量头的目镜看去，使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐，如图乙所示，此时测量头上主

尺和副尺的示数如图丙所示，此示数为mm；接着再转动手轮，使分划板中心刻度

线与某条纹3中心对齐，测得46条纹间的距离x=8.40mm。则经滤光片射向双缝的色光的

波长2=（用题目中所给字母写出表达式），利用上述测量结果，经计算可得波

长a=m（保留两位有效数字）。

012

IIII1II।1।I।।JI।I।।1_I

I।।।।IIIIII।।I।।।।।।।

01020

唧丙

乙

（2）另一同学按实验装置安装好仪器后，观察到光的干涉现象效果很好，若他对实验装置进

行了调整后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，则该调整可能是

A.仅增加光源与滤光片间的距离B.仅增加单缝与双缝间的距离

C.仅将单缝与双缝的位置互换D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片

3.答案：⑴0.35；—；4.8x10-7⑵D

解析：（1）图丙中游标卡尺的最小分度值为0.05mm,主尺示数为0,游标尺的第7刻度线与

主尺刻度线对齐，则示数为

0+7x0.05mm=0.35mm

A8条纹间的距离为5倍相邻亮（暗）条纹间的距离，故=2

5

根据相邻亮（暗）条纹间的间距公式有以=,2

d

解得4=包

5L

代入数据可得X=4.8xIO'm

（2）该同学对实验装置调节后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，可

知相邻条纹间的宽度减小，由公式可知，该调节可能是更换波长更短的光做实验，即

d

将红色滤光片换成绿色滤光片，其他调节都达不到该实验效果。

故选D。

4.现用如图甲所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。

甲乙

（1）在组装仪器时单缝和双缝应该相互_____放置（选填“垂直”或“平行”）；

（2）已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮使测量头的分划

板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为

1.16mm；接着同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，此时测量头上游

标卡尺的示数如图乙所示，则读数为mm,已知双缝间距d=2.00xl0Tm,测得双缝到

毛玻璃屏的距离L=0.800m,所测光的波长2=nm；（保留3位有效数字）

（3）该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Ax,而是先测量〃个条纹的间距再求出Ax,

这样做的理由是。

（4）埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源。S发出的光直接照在光屏上，同时S发出

的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，这样

就