文档内容
第62讲 光学实验
目录
01、考情透视，目标导
航
02、知识导图，思维引航.............................................................................................1
03、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.................................................................................4
考向一 教材原型实验.....................................................................................4
考向二 创新拓展实验.....................................................................................6
考点二.实验：用双缝干涉测量光的波长..............................................................8
知识点一、理清原理与操作.............................................................................8
知识点二、掌握数据处理方法.........................................................................9
知识点三、注意实验细节.................................................................................9
知识点四、做好误差分析.................................................................................9
考向一 教材原型实验.....................................................................................9
考向二 拓展创新实验...................................................................................12
04、真题练习，命题洞见...........................................................................................14
2024·安徽·高考物理第11题
考情 2024·河北·高考物理第11题
分析 2024·湖北 ·高考物理第11题
2024·浙江 ·高考物理第11题
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。
复习
目标 目标3.掌握由Δx＝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
(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P、P，在玻璃砖另一侧通过观察插
1 2
上大头针P、P
3 4
②移去玻璃砖和大头针，连接P、P 交bb′于O′，连接OO′
折射率n＝ 3 4
③测出入射角θ、折射角θ
1 2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θ 和折射角θ ，并查出其正弦值sin θ 和sin θ 。算出不同入射角时的，
1 2 1 2
并取平均值。
2．图像法：改变不同的入射角θ ，测出不同的折射角θ ，作出sin θ-sin θ 的图像，由n＝可知图像应是
1 2 1 2
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，sin θ ＝，sin θ ＝，
1 2
OE＝OE′＝R，则n＝＝。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 P 、P 两枚大头针。下面关于该实验的说法正确的是
1 2________。
A.插上大头针P ，使P 挡住P 、P 的像
3 3 2 1
B.插上大头针P ，使P 挡住P 和P 、P 的像
4 4 3 2 1
C.为了减小作图误差，P 和P 的距离应适当大些
3 4
D.为减小测量误差，P 、P 的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好
1 2
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P 应使其遮挡住__________________________。
4
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P 和P 及P 和P 之间的距离适当大些
1 2 3 4
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＝7.5 cm，CD＝5 cm，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d 和d ，PM的示数如图(b)所示，d 为________cm。测得
1 2 1
d 为3.40 cm。
2
(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＝×100%。为了减小d 、d 测量的相对误差，实验中激光在M点入
1 2
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. 00 cm，AB间
的距离为6. 00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离为d ＝10. 00 cm，玻璃砖厚度d ＝4. 00
1 2
cm。(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＝3.0×108 m/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＝λ即
可计算出波长λ
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
操
行，二者间距约为5～10 cm；
作
(3)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
要
2.测定单色光的波长
领
(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＝，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＝λ得λ＝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2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为0.600 m，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 0.4 mm，测得屏与双缝间的距离为 0.5 m，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15.6 mm，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＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到
第 3 个亮条纹中心到第 12 个亮条纹中心的间距为 22.78 mm，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＝3.00 m，已知该红色激光的波长λ＝700 nm，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ef
③在cd上竖直插上大头针P 和P，从侧面B透过玻璃砖观察P 和P，插上大头针P，要求P 能挡住
1 2 1 2 3 3
（选填“P”、“P”或“P 和P”）的虚像；
1 2 1 2
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 （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。
介质
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1 10.60 18.64
单色光2 8.44 18.08
根据表中数据，判断单色光1为 （填“红光”或“绿光”）。
4．（2024·湖北·高考真题）某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下：
①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线 和 ，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴 ，
并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图（a）所示。
②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。
③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P作BB'的垂线 、 ， 、 是垂足，并用米尺分别测量 、 的长度x和y。
⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出 图像，如图（b）所示。
(1)关于该实验，下列说法正确的是_____（单选，填标号）。
A．入射角越小，误差越小
B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差
C．选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显
(2)根据 图像，可得玻璃砖的折射率为 （保留三位有效数字）。
(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果 （填“偏大”“偏
小”或“不变”）。
5．（2023·海南·高考真题）用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔
以一定角度照射，此时在屏上的S 处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S 处，回答下列问题：
1 2（1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图 ；
（2）已经测出AB = l，OA = l，SS= l，则折射率n = （用l、l、l 表示）；
1 2 1 2 3 1 2 3
（3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则SS 间的距离会 （填“变大”，“变小”或“不
1 2
变”）。
