第62讲 光学实验（讲义）（原卷版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

11/11第62讲光学实验目录01、考情透视，目标导航TOC\o"1-3"\h\u02、知识导图，思维引航 103、考点突破，考法探究 2考点一.实验：测量玻璃的折射率 2知识点一、理清原理与操作 2知识点二、掌握数据处理方法 3知识点三、注意实验细节 3知识点四、做好误差分析 3考向一教材原型实验 4考向二创新拓展实验 5考点二.实验：用双缝干涉测量光的波长 6知识点一、理清原理与操作 6知识点二、掌握数据处理方法 7知识点三、注意实验细节 7知识点四、做好误差分析 7考向一教材原型实验 8考向二拓展创新实验 904、真题练习，命题洞见 11考情分析2024·安徽·高考物理第11题2024·河北·高考物理第11题2024·湖北·高考物理第11题2024·浙江·高考物理第11题复习目标目标1.掌握测量玻璃折射率的原理及方法。目标2.学会用插针法确定光路，并会测量玻璃的折射率。目标3.掌握由Δx＝eq\f(l,d)λ测光的波长的原理，并能测单色光波长。目标4.观察单色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法。考点一.实验：测量玻璃的折射率知识点一、理清原理与操作原理装置图操作要领折射率n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)(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(2)插针与测量①在AO上插上两枚大头针P1、P2，在玻璃砖另一侧通过观察插上大头针P3、P4②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知识点二、掌握数据处理方法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．图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作出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”：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。知识点三、注意实验细节1．玻璃砖要用厚度较大的。2．入射角不宜过大或过小，一般控制在30°到60°之间。3．大头针要竖直插在白纸上，且距离应适当大一些。4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。5．操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面。6．实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。知识点四、做好误差分析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。3．作图时，玻璃砖的宽度绘制有误差，或因所画的两边界线不平行等原因出现误差。考向一教材原型实验1.(1)如图所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。下面关于该实验的说法正确的是________。A.插上大头针P3，使P3挡住P2、P1的像B.插上大头针P4，使P4挡住P3和P2、P1的像C.为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大些D.为减小测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好E.若将该玻璃砖换为半圆形玻璃砖，仍可用此方法测量玻璃的折射率(2)在“测量玻璃的折射率”实验中：①小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，他认为还缺少器材，请你写出所缺器材的名称：________________。小朱同学将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，透过玻璃砖观察，调整视线方向，插上第四枚大头针P4应使其遮挡住__________________________。甲②为取得较好的实验效果，下列操作正确的是________。A.必须选用上下表面平行的玻璃砖B.选择的入射角应尽量小些C.大头针应垂直地插在纸面上D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些③小朱同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，用圆规以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点，如图丙所示，若他测得AB＝7.5cm，CD＝5cm，则可求出玻璃的折射率n＝________。④若小朱同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图所示，他的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则该同学测得的折射率测量值________真实值(填“大于”“小于”或“等于”)考向二创新拓展实验3.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5(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。(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3位有效数字)。(4)相对误差的计算式为δ＝eq\f(测量值－真实值,真实值)×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角________。4.某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图6所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00cm，AB间的距离为6.00cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离为d1＝10.00cm，玻璃砖厚度d2＝4.00cm。(1)请作出到达B点光线的光路图。(2)玻璃的折射率n＝__________，光在玻璃中的传播速度v＝__________m/s(光在真空中传播速度c＝3.0×108m/s，结果均保留2位有效数字)。考点二.实验：用双缝干涉测量光的波长知识点一、理清原理与操作原理装置图测出乙图中的d和l，用图丙的测量头测出两条相邻亮条纹间距Δx，由Δx＝eq\f(l,d)λ即可计算出波长λ操作要领1.器材的安装与调整(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上；(2)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；(3)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；(3)用刻度尺测量双缝到光屏间距离l。知识点二、掌握数据处理方法1．相邻亮条纹间距的计算：Δx＝eq\f(x2－x1,n－1)，可多测几组不同的n对应的Δx，求平均值。2．用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝eq\f(l,d)λ得λ＝eq\f(d,l)Δx计算波长。知识点三、注意实验细节1．调节双缝干涉装置时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。2．放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。3．调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。4．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。5．白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外侧。知识点四、做好误差分析1．双缝到光屏的距离l的测量存在误差。2．测条纹间距Δx带来的误差(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。(2)误认为Δx为亮条纹的宽度。(3)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。(4)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。考向一教材原型实验1.在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图所示。(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，下列说法中正确的是________。A.干涉条纹与双缝垂直B.单缝和双缝应相互平行放置C.若取下滤光片，光屏上可观察到白光的干涉图样D.想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以将单缝向双缝靠近(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上螺旋测微器示数如图甲所示。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，记下此时图乙中手轮上的示数为________mm。(3)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.600m，求所测量光的波长为________m(结果保留3位有效数字)。4.某同学利用如图所示装置测量某种单色光波长。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。回答下列问题：(1)关于本实验下列说法正确的是________。A.若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴所致B.A处为单缝、B处为双缝、滤光片在A和B之间C.A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间D.若想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以换用间距更小的双缝(2)某次测量时，选用的双缝的间距为0.4mm，测得屏与双缝间的距离为0.5m，用某种单色光实验得到的干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺的读数也如图6中所示，则A位置对应的读数为________mm。B位置对应的读数为15.6mm，则所测单色光的波长约为________nm(结果保留整数部分)。(3)若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行，如图所示，在这种情况测量相邻条纹间距Δx，则波长λ的测量值____________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值。考向二拓展创新实验3.洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，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”。(2)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个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78mm，则该单色光的波长λ＝________m(结果保留1位有效数字)。(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________。A.将平面镜稍向上移动一些B.将平面镜稍向右移动一些C.将光屏稍向右移动一些D.将光源由红色光改为绿色光4.假期间小明利用图甲所示的物品，测量了某型号刀片的厚度。实验过程如下：(1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑；(2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕；(3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。(4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上。(5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为________cm，则两相邻暗纹中心之间的距离Δx＝________cm。(6)测得玻璃片到光屏的距离l＝3.00m，已知该红色激光的波长λ＝700nm，利用公式求出双划痕间距d＝________mm，即为刀片厚度(结果保留2位有效数字)。1．（2024·浙江·高考真题）如图所示，用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖（侧面分别记为A和B、顶角大小为）的折射率。①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点；②将侧面A沿ab放置，并确定侧面B的位置ef③在cd上竖直插上大头针P1和P2，从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2，插上大头针P3，要求P3能挡住（选填“P1”、“P2”或“P1和P2”）的虚像；④确定出射光线的位置（选填“需要”或“不需要”第四枚大头针；⑤撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef的夹角为α，则玻璃砖折射率n=。2．（2024·安徽·高考真题）某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验．(1)为测量玻璃的折射率，按如图所示进行实验，以下表述正确的一项是________。（填正确答案标号）A．用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和B．在玻璃砖一侧插上大头针、，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使把挡住，这样就可以确定入射光线和入射点。在眼睛这一侧，插上大头针，使它把、都挡住，再插上大头针，使它把、、都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点C．实验时入射角应尽量小一些，以减小实验误差(2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面．保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示．此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关．频率大，折射率（填“大”或“小”）(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃n介质（填“”或“”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。3．（2024·河北·高考真题）某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图1所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示：单色光类别单色光110.6018.64单色光28.4418.08根据表中数据，判断单色光1为（填“红光