光学类实验解答总结-2024年高考物理实验攻略（解析版）

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〃=鬻，算出不同入射角时的〃值，并取平均值.

sin(72

(2)图像法：作sin仇一sin灰图像，由"=鬻可知其斜率为折射率.

sinc/2

FH

(3)单位圆法：以入射点。为圆心，作半径为R的圆，如图所示，贝UsinOi=:定，sin02=

■OE=OE』R，所以用刻度尺量出即、9的长度就可以求出广量=黑.

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s；

②转动手轮，当分划板中心刻线与第〃条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数奥；

③相邻两条亮条纹间的距离盘=皆，则由4%=器F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.

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【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d=0.4mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离乙=500mm。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。光具座上八6、c处放置的光学元

件依次为（选填选项前字母）。

图1

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4、B位置时游标卡尺

读数如图2中所示，则

II

AB

cm12cm

1III1I1I1I1.I[I111]II

[IIII]IIII]

010

N位置读数3位置读数

图2

①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为5=mm,在B位置时游标卡尺读数

为马—mm,相邻两条纹间距&=mm；

②该单色光的波长彳=m（保留两位有效数字）

【答案】B11.115.60.756.0x10-7

【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Bo

（2）①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为

xA=11mm+lx0.1mm=11.1mm

在B位置时游标卡尺读数为

xB=15mm+6x0.1mm=15.6mm

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相邻两条纹间距

\X=XB~XA=0.75mm

6

②根据

.L,

Ax——A

d

可得

Axd

Z=-----

L

代入数据可得

2=6.0xl0-7m

【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Pl、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O,在玻璃砖（图中实线部

分）另一侧垂直纸面插大头针B，使尸3挡住尸八尸2的像，连接。和P3。图中MV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,8均垂直于法线并

分别交法线于A、。点。

（1）张同学在图甲中用刻度尺测得A3=4.00cm,CD=2.50cm,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，在插大头针心时插的位置稍微偏

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。、半径为R的另一块半圆形透明介质置于水平

桌面上，光线从尸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

OP=-R

现2,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0

1

-C

【答案】1.60偏大2/2.002

【解析】（1）设圆的半径为R,根据几何知识得，入射角的正弦

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折射角的正弦

其中

OB=OC=R

根据折射定律得，玻璃砖的折射率

siniAB...

n=----=---=1.60

sinrCD

若实验中该同学由于视角的原因，在插大头针尸3时插的位置稍微偏左，则测得的。偏小,

则玻璃砖的折射率偏大。

(2)光线从尸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

〃=工=2

sinCOP

X

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

，C

n=—

v

解得

1

V=­C

2

【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,

使尸3挡住___________(选填“尸八尸2”或“尸八尸2的像”

甲

(ii)小华同学正确确定尸4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，不小心将界面仍画歪了一些，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、巳的像L6偏大、偏小和不变都有可能

【解析】(i)在插针刊时，透过玻璃砖观察，使尸3挡住尸八尸2的像；

(ii)根据折射定律

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sina

n=-----L

sin%

根据sin，2-sin仇图像斜率可知，斜率

%=些=0.625

0.72

折射率

n=-=—^—=\.6

k0.625

(iii)红线表示实际的光路图

^T4——7Ti'

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

sinz

n=———

sinr

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

,S3

1

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

sin，

n=----

sinr

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

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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

甲

I■■■■

乙

B

czDOACpOOOOOOOOOQoco

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

012345678910单位:cm

丙

(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、8两亮纹间的距离尸cm；测得缝屏上双缝间的宽度d=0.150mm,双缝

到光屏间的距离工=L50m,则该激光的波长加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o

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

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【答案】单缝6.506.50X107A

【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、3两亮纹间的距离为6.50cm。

相邻条纹间距为

Ax=—=6.5xl0-3m

10

Ax*

根据d可得该激光的波长为

,dAx0.150x10-3x6.5x10-3

71=----=m=6.50xl0-7m

LL5

A人v—_L_X_

根据一d可知可采取的操作是换用

（3）为使光屏上观察到的条纹更密集，即减小Ax,

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Ax

无影响。

故选Ao

1.利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距d=0.4mm,双缝到光屏间的距离1=0.5m,

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，贝

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①分划板在图中A、8位置时由游标卡尺读数求得相邻两条纹间距垓=mm。

②该单色光的波长彳=mo

【答案】B0.756x10"

【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

,I

Ax—A—

d

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Bo

（2）①10分度游标卡尺的精确值为。由图可知

xA=l1mm+1x0.1mm=11.1mm

xB=15mm+6x0.1mm=15.6mm

则相邻两条纹间距为

x-x15.6-11.1

Ax=—B----A-=-------------mm=0.75mm

66

②根据

°I

AAx—A—

d

可得该单色光的波长为

,d\x0.4X10-3X0.75X10-3,i

A.=-----=----------------------------m=6x10m

I0.5

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4?对应的出射光线0'3,从而确定玻璃中的折射光线

OO'

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(1)在图中标记了四个角，分别为仇、％、打、%,则玻璃的折射率〃=。

(2)下列措施中，能减小实验误差的是o

A.玻璃砖界面由'与4/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.针片与鸟、乙与A的间距要适当远些

E.针片与乙、乙与乙的间距要适当近些

sin4

【答案】smaBCD

【解析】(1)由图知，入射角为4,折射角为名,根据折射定律，可得玻璃的折射率

sin4

n=———L

sinq

⑵A.为了减小实验的相对误差，玻璃砖界面以'与鲂'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.针片与乙、鸟与乙的间距要适当远些，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BCDo

3

6.

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A。

上插上大头针A、P3现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上G和2大头针，便能确定光

在玻璃砖中的折射光线。

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图甲图乙

（1）确定G位置的方法正确的是；

A.透过玻璃砖，心挡住G的像

B.先插上鸟大头针，在靠近玻璃砖一侧右挡住巴的位置

C.透过玻璃砖观察，使乙挡住片、鸟的像

（2）经过多次测量作出疑114Tin。？（4为光线A。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）若该同学在确定巴位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把4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，插针片、鸟的连线垂直于A3面，若操作无误，则在图中右边的插针应该是o

A.AEB.P3P8c.EED,P7P8

【答案】C1.50偏小C

【解析】（1）确定乙位置的方法正确的是：透过玻璃砖观察，使.6.挡住片、鸟的像，故选

Co

（2）光路如图

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根据

sin4

n=----L

sin%

可知，图像sin4Tina的斜率等于折射率，由图像可知玻璃砖的折射率为

7?=^—=1.50

0.67

(3)若该同学在确定A位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把八位置画的偏左了一些,

则P4P3的连线与协'的交点偏右，测得的折射角仇偏大，则根据

sin4

n-----L

sin^2

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尸5P6,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。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，和

折射角厂，图甲中对应的入射角i=和折射角r=o

(5)改变入射角，再次记下入射角，和折射角厂，根据多次测量数值，作出sinr-sini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)。

测量值真实值,„„0/

(6)根据相对误差的计算式为真头值，为了减小八/•测量的相对误差，

实验中激光在。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”)。

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甲

乙

【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

sinr0.9..

n=-----=—=1.5

sini0.6

(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。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

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光源凸透镜滤光片黑缝号缝遮光筒膂

j-&-力―宜U口：

Z

甲

(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；

23cm

01234567890

乙

(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〃条亮纹中心间的距离x,则计算该单

色光波长的表达式为2=(用题中所给字母表示)。

dx

【答案】13.50C("T)力

【解析】(1)读数为

13mm+10x0.05mm=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)〃条亮纹中心间的距离无，则条纹间距

该单色光波长的表达式为

1_dx

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.

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(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y

(2)根据题(1)测得玻璃的折射率/(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

“偏小”或“不变”)。

1.50不变

n=sinz=AC=150

sinrBC

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（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P/、尸2和尸3、尸4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。点为圆心，

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8点和。点，如图2所示。用刻度尺测得A8的长度为由，。的长度为念，则玻璃砖的

折射率〃=_________（用尤/,X2表示）。

大头针

♦COS

宽

度

0.604cos4

C

图2

（3）乙同学正确操作后，在实验中多次改变入射角，测出多组相关角度为、仇，作出

cos%-cos'的图像，如图3所示，则此玻璃砖的折射率产。

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折射

来的

测出

，则

一些

左了

得偏

置画

R位

心把

不小

时，

位置

定R

在确

同学

若该

（4）

变”）

小”“不

大”“偏

填“偏

O（选

率

偏小

1.51

马

D

】

【答案

；

错误

行，A

要平

一定

面不

下表

砖上

玻璃

时，

射率

测折

针法

用插

）A.

】（1

【解析

误；

B错

大，

差较

，误

明显

象不

射现

，折

较小

射角

B.入

；

错误

砖，B

玻璃

损坏

容易

，且

误差

实验

增大

线会

画界

尺子

界面当

玻璃砖

C.用

。

正确

小，D

差会减

角度误

起的