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专题12 光学实验
一、实验题
1．（2024·广东·一模）某同学测量一半圆形透明玻璃砖的折射率，实验过程如下：
①用游标卡尺测量玻璃砖的直径d，确定其底面圆心位置并标记在玻璃砖上；
②将玻璃砖放在位于水平桌面并画有直角坐标系
的白纸上，使其底面圆心和直径分别与O 点和x 轴重
合，将一长直挡板紧靠玻璃砖并垂直于x 轴放置，如图（b）所示；
③用激光器发出激光从玻璃砖外壁始终指向O 点水平射入，从y 轴开始向右缓慢移动激光器，直至恰好没
有激光从玻璃砖射出至挡板上
的区域时，在白纸上记录激光束从玻璃砖外壁入射的位置P。
④取走玻璃砖，过P 点作y 轴的垂线PQ，用刻度尺测量PQ 的长度L。
根据以上步骤，回答下列问题：
（1）测得半圆形玻璃砖直径d 的读数如图（a）所示，则
cm；
（2）步骤③中，没有激光射至挡板上
区域的原因是激光束在玻璃砖直径所在界面处发生了 ；
（3）根据以上测量的物理量，写出计算玻璃砖折射率的表达式为
，若测得PQ 线段的长度
，计算可得玻璃砖的折射率为
。（结果保留3 位有效数字）
【答案】 6.43 全反射
1.61
【详解】（1）[1]由图（a）可知，玻璃砖的直径为
（2）[2]光束经玻璃砖折射后照在挡板上
的区域内，当入射角逐渐增大，折射光线消失的时候，就是
1
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光束在玻璃界面处发生了全反射。
（3）[3]当恰好发生全反射时，有
[4]代入数据可得
2．（2023·广东·高考真题）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
点水平入射，到达
面上的
点后反射到
点射出．用大头针
在白纸上标记
点、
点和激光笔出光孔
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
连线的延长线与
面的边界交于
点，
如图（a）所示
③用刻度尺测量
和
的长度
和
．
的示数如图（b）所示，
为
。测得
为
（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式
；由测得的数据可得折射率
为
2
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（结果保留3 位有效数字）
（4）相对误差的计算式为
。为了减小
测量的相对误差，实验中激光在
点入射时应尽量使入射角 。
【答案】 2.25
1.51 稍小一些
【详解】（2）③[1]刻度尺的最小分度为0.1cm，由图可知，
为2.25cm；
（3）[2][3]玻璃砖折射率的表达式
带入数据可知
（4）[4]相对误差的计算式为
，为了减小
测量的相对误差，实验中
要尽量稍大一些，即激光在
点入射时应尽量使入射角稍小一些。
3．（2024·贵州安顺·一模）某实验小组用插针法测量某正方体透明玻璃砖的折射率，主要实验步骤如下：
A．在木板上铺一张白纸，把玻璃砖放在纸上，描出玻璃砖的四个边。然后在玻璃砖的一侧插两个大头针
a、b，用一只眼睛透过玻璃砖看这两个大头针，调整眼睛的位置，使b 把a 恰好挡住；
B．在眼睛这一侧再插第三个大头针c，使c 恰好把a、b 都挡住；
C．继续插第四个大头针d，使d 恰好把a、b、c 都挡住；
D．将玻璃砖拿走，在白纸上作光路图，进行测量计算，得出折射率。
请回答以下问题。
3
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(1)实验中玻璃砖及所插大头针的位置如图甲所示，请在图甲虚线框中规范作出测量所需要的光路图 。
(2)若光从玻璃砖射出时的光路如图乙所示，N、Q 所在直线为玻璃砖边缘。以出射点O 为圆心画圆，与光
线的两个交点分别为M 和P，分别过M、P 做垂直于玻璃砖边缘的垂线，与玻璃砖边缘相交于N 和Q。设
圆的半径为R，MN、ON、OQ、PQ 的长度分别为
，则该玻璃砖的折射率为 。
(3)为使实验结果精确，重复实验步骤多做几次实验，得到多组数据，以
为横轴，
为纵轴根据实验
数据画出的图像为一条过原点的直线，若图线的斜率为k，则该玻璃砖的折射率为 。
【答案】(1)见解析
(2)
(3)k
【详解】（1）连接
，确定入射光线并延长，与玻璃砖界面相交，连接
确定最终的折射光线并延长，
与玻璃砖界面相交，连接两交点，确定第一次折射的折射光线，作出光路图，如图所示
（2）令玻璃砖中的入射角为
，空气中的折射角为
，根据几何关系有
，
4
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根据折射率的定义有
解得
（3）根据上述有
以
为横轴，
为纵轴根据实验数据画出的图像为一条过原点的直线，若图线的斜率为k，则有
4．（2024·浙江温州·二模）在“测量玻璃的折射率”实验中（如图所示），已绘出玻璃砖两个平行界面和
三个大头针孔a、b、c 位置，且插在c 位置的大头针正好同时挡住插在a、b 位置的大头针的像。确定第四
枚大头针位置时，先后操作了两次，分别得到d、e 两个大头针孔。为了减小误差，应采用 （填“d”
或“e”）大头针孔，并在答题纸中作出正确的光路图 。
【答案】 e
【详解】[1]因射入玻璃砖的光线与射出光线是平行的，则ab 连线与ce 连线平行，则e 位置是正确的，故
填e；
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[2]根据折射规律的作图步骤，得入射玻璃砖的光线与出射光线是平行的，如图所示
5．（2024·贵州贵阳·一模）某实验小组用插针法测定玻璃砖的折射率，请按要求完成以下问题。
（1）把玻璃砖放在坐标纸上，描出玻璃砖的两个边ab 和cd。拿走玻璃砖后在ab 的一侧画一直线作为入
射光线，并画出对应的法线。
（2）把玻璃砖重新放在坐标纸上，使玻璃砖与ab、cd 重合，在入射光线上竖直插上两枚大头针P1和P2，
然后在另一侧透过玻璃砖观察，并竖直插上大头针P3，使其挡住P2和P1的像；接着竖直插上大头针P4，使
其挡住 。
（3）移去大头针和玻璃砖，用“·”表示大头针的位置，如图所示。请在图中补画出该次实验光线的径迹
。
（4）利用所得光路图和坐标纸可测出该玻璃的折射率为 。（结果保留2 位有效数字）
【答案】
和
的像
1.6/1.5/1.4/1.7/1.8
6
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【详解】（2）[1]第四枚大头针P4要挡住
和
的像。
（3）[2]实验光线的径迹如图所示。
（4）[3]根据光路图和坐标纸，入射角的正弦值为
折射角的正弦值为
该玻璃的折射率为
一、实验题
6．（2024·山东淄博·一模）在“测量玻璃的折射率”实验中，某实验小组做了如下操作：
(1)如图甲，先将方格纸平铺在木板上并用图钉固定，长方体玻璃砖平放在纸上，然后在方格纸中画出玻璃
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砖与空气的两个界面aa′和bb′。在相应位置插上
、
两枚大头针。插上大头针
，使
挡住 ，
再插上大头针
，使
挡住
和
、
的像。
(2)该实验小组的同学通过“插针法”确定了四枚大头针的位置，请根据实验原理在图甲中补全光路图，并
标注出界面aa′的入射角i 和折射角r 。
(3)测得该玻璃砖的折射率n= （保留三位有效数字）。
(4)另一小组同学在做实验时，选用一横截面为三角形的玻璃砖，放置在图乙实线位置并画出玻璃砖的轮廓
后，不小心将玻璃砖向右发生了微小的平移（移至图乙中虚线位置，底边仍然沿原直线），然后用插针法
依次确定了四枚大头针的位置，测量玻璃砖的左侧边界的入射角和折射角，得到折射率，则玻璃砖折射率
的测量值 真实值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
【答案】(1)
、
的像
(2)
(3)1.50
(4)小于
【详解】（1）使
挡住
、
的像
（2）光路图如图所示
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（3）由折射定律得
（4）偏小
玻璃砖平移后，做出如图所示的光路图，入射角不会引起变化，但折射角r 大于实际的折射角
，根据折
射定律
可知玻璃砖折射率的测量值小于真实值。
7．（2024·湖南·二模）某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率（如图所示）。
(1)在固定的平铺的白纸上画一条直线MON，取O 点为入射点并作过O 点的法线；画出线段EO 作为入射
光线，在EO 上垂直纸面插上两根大头针P1、P2；放上半圆形玻璃砖（图中实线部分），使玻璃砖的直线
边界与MN 重合、底面圆心与O 点重合，并记录半圆边界；在玻璃砖曲线边界一侧透过玻璃砖观察两个大
头针并调整视线方向，在这一侧插上大头针P3，使P3挡住 （选填“P1、P2”或“P1、P2的
像”）；
(2)移去玻璃砖，画出半圆边界，连接OP3交半圆边界于B 点，作入射光线的延长线交半圆边界于A 点；再
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过A、B 点作法线的垂线，垂足分别为 C、D 点。设 AC 的长度为l1，CO 的长度为l2，BD 的长度为l3，
DO 的长度为l4，则玻璃砖的折射率的最简表达式为 n= （用l1、l2、l3或l4表示）；
(3)该同学在实验过程中，玻璃砖位置没有移动，仅仅是画半圆时半径偏大，由此测得玻璃砖的折射率将
（选填“偏大”“偏小”“不变”或“无法确定”）。
【答案】(1)P1、P2的像
(2)
(3)不变
【详解】（1）在半圆边界一侧透过玻璃砖观察到的是P1、P2的像，故应使 P3挡住P1、P2的像；
（2）光线的入射角和折射角的正弦值分别为
，
根据光的折射定律可知玻璃砖的折射率
（3）若玻璃砖位置没有移动，仅仅是画半圆时半径偏大时，分析可知光线的入射角和折射角都不变，由
此测得玻璃砖的折射率将不变。
8．（2024·广西贵港·二模）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，如图甲所示，
在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，确定入射光线AO。现需在玻璃砖另一侧插上P3和P4大头针，以确定光
在玻璃砖中的折射光线。
(1)下列确定P3位置的方法正确的是（ ）
A．透过玻璃砖观察，使P3挡住P2的像
B．透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像
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C．先插上P4大头针，在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置
(2)在图甲中作出光在玻璃砖中光线和从玻璃砖中出射后的光线的光路图，并画出玻璃砖中光线的折射角
；
(3)经过多次测量作出
的图像如图乙所示，玻璃砖的折射率为 。（保留三位有效数字）
【答案】(1)B
(2)见解析
(3)1.25
【详解】（1）确定P3位置的方法是：透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像。
故选B。
（2）如图所示
（3）根据折射定律可得
由
图像可得玻璃砖的折射率为
9．（2024·安徽安庆·二模）“潭清疑水浅，荷动知鱼散”，此句有唐代诗人储光羲对折射现象的描绘。为
了提高对折射规律的理解，小华利用“插针法”测定一个长方体玻璃砖的折射率。实验中，先在玻璃砖的
左侧垂直纸面插上两枚大头针
和
，然后在右侧透过玻璃砖观察，再垂直纸面正确插上大头针
、
，
最后作出光路图甲，据此计算得出玻璃的折射率。
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(1)下列说法正确的是________。
A．若由于切割原因，造成玻璃砖左右表面不平行，其他操作无误，则无法测出折射率
B．大头针
只须挡住
及
的像
C．实验的精确度与
、
的间距，
的大小均有关
(2)此玻璃砖的折射率计算式为
（用图中的
、
表示）。
(3)小华在画界面时，不小心将界面
画歪了一些，如图乙所示，则计算测得的折射 （选填“偏
大”、“偏小”或“不变”）。
【答案】(1)C
(2)
(3)偏小
【详解】（1）A．玻璃砖左右表面不平行，不影响折射率的测定，故A 错误；
B．大头针
必须挡住
和
、
的像，而且
、
之间的距离适当大些，才能作出正确的光路图，
以提高实验精度，故B 错误；
C．为了提高实验精度，可以适当增大入射角，而
与入射角互余即适当减小
，故C 正确。
故选C。
（2）折射率为
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（3）如图所示
由于
画歪，造成作图时，错误的将
作为折射角，因为
，故折射率变小。
10．（2024·河南·一模）某实验小组用“插针法”测玻璃的折射率，如图甲所示。
(1)甲同学在实验中多次改变入射角，测出多组相关角度
，
，作出
的图像，如图乙所示，
则此玻璃砖的折射率为
；
(2)乙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 点作垂直法线的垂线，与法线的交点分别为B 点和D 点，如图丙所示．用
刻度尺测得AB 的长度为
，CD 的长度为
，则玻璃砖的折射率
（用测量的字母表示）。相对误差
的计算式
。为了减小
、
测量的相对误差，数据处理过程中画圆时半径尽量
（填“大”或“小”）一些。
【答案】(1)1.51
(2)
大
【详解】（1）根据
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得
则
折射率为
（2）[1] 折射率为
[2]由于图像需测量
、
距离，故需图适当大一点，测量较准确，误差较小，故数据处理过程中画圆时半
径尽量大一些。
一、实验题
11．（2024·浙江·二模）下图是小明同学在做“测定玻璃的折射率”的实验中所留下的图纸。如图（a）所
示，该同学选用的玻璃砖前后两个光学面相互平行，a 和
分别是玻璃砖与空气的两个界面，在玻璃砖的
一侧插上两枚大头针
和
，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并插上大头针
，使其挡住
、
的像；接
着插上大头针
，使其挡住
和
、
的像，用“。”表示大头针的位置，这样
、
确定了射入玻璃砖
的光线，
、
确定了射出玻璃砖的光线。
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(1)根据以上信息，请你在答题卡的图（a）中画出光路图 。
(2)小明同学根据a 界面测得的入射角
和折射角
的正弦值画出了如图（b）所示的图像，从图像可求得
玻璃砖的折射率是 （保留两位有效数字）。
(3)如图（c）所示，若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，则所测得的折射率与真实值相比将 （填
“偏大”“偏小”或“不变”）。
【答案】(1)
(2)1.6
(3)偏大
【详解】（1）根据题意，画出的光路图如图所示
（2）根据折射定律
，可知
图像斜率倒数表示折射率，由图像可得，斜率
则折射率
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（3）根据题意，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，如图所示
由图可知，入射角i 不变，导致折射角r 偏小，则所测得的折射率将偏大。
12．（2024·安徽黄山·一模）“测定玻璃的折射率的实验中，在白纸上放好玻璃砖，
和
分别是玻璃
砖与空气的两个界面，如图所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针
和
，用“+“表示大头针的位置，然
后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针
和
。
（1）在插
和
时，应使 （选填选项前的字母）。
A．
只挡住
的像 B．
只挡住
C．
同时挡住
、
的像 D．
挡住
及
、
的像
（2）用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线，现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图所示的
四组插针结果并已绘出入射光线。
①从图上看，肯定把针插错了的同学是 。（多选）
②从图上看，测量结果准确度最高的同学是 。
【答案】 CD/DC 丙丁 甲
【详解】（1）[1]根据实验的原理，连接P1、P2表示入射光线，连接P3、P4表示出射光线，连接两光线与
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玻璃砖的交点，即为折射光线，实验的过程中，要先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头
针P1和P2，然后在玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插
上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，故AB 错误，CD 正确。
故选CD。
（2）①[2]光线经玻璃折射再从玻璃射出后，出射光线要发生偏移，与原来未入射玻璃时的传播方向不会
在同一直线上，而丙同学在玻璃砖两侧的四根大头针都在一直线上，肯定是错的。丁同学的出射光线与上
表面入射光线在法线的同侧，所以丁同学错误。
②[3]根据实验插的四根大头针应相距远一些，才能较准确地确定光的传播方向，如果针相距太近，误差会
大一些，所以从图上看，测量结果准确度最高的同学是甲同学。
13．（2024·新疆塔城·二模）某同学用如图（a）所示的装置测量某种单色光的波长，他对该实验装置进行
调节并观察实验现象：
(1)图（b）中 （选填“甲”或“乙”）为单色光形成的双缝干涉图样；
(2)在实验中，下列说法正确的是
A．如发现条纹不清晰，可调节单缝位置，使单缝与双缝平行
B．若仅取下滤光片，可观察到明暗相间的白条纹
C．若仅把红色滤光片换成蓝色滤光片，则屏上的亮条纹宽度会变大
D．测量相邻两亮条纹间距离的方法与“用单摆测量重力加速度”实验中测量单摆周期的方法类似
(3)通过实验测得：双缝间距为0.300mm，双缝与屏幕的距离为1.00m，第1 条到第6 条亮条纹中心间的距
离为9.500mm。可计算出该单色光的波长λ= nm。
【答案】(1)甲
(2)AD/DA
(3)570
【详解】（1）干涉条纹是一系列，等间距条纹，可知，甲为单色光形成的双缝干涉图样。
（2）A．实验中，可以通过调节单缝位置，使单缝与双缝平行使得屏上的条纹清晰，故A 正确；
B．若仅取下滤光片，屏上将出现明暗相间的彩色条纹，故B 错误；
C．根据
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由于红光波长大于蓝光波长，可知，若仅把红色滤光片换成蓝色滤光片，则屏上的亮条纹宽度会变小，故
C 错误；
D．测量相邻条纹间距时，先测量多条条纹之间的间距，再除以条纹相应的间距数目，采用了累积法，可
知测量相邻两亮条纹间距离的方法与“用单摆测量重力加速度”实验中测量单摆周期的方法类似，故D 正
确。
故选AD。
（3）第1 条到第6 条亮条纹中心间的距离为9.500mm，则
根据
则有
解得该单色光的波长
14．（2024·山东日照·一模）如图甲所示，为“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置。
(1)实验前，应调节光具座上放置的各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上，保证单缝和双缝
平行。若从目镜中看到干涉条纹太密，要想减少从目镜中观察到的条纹数量，下列做法可行的是
_________。
A．仅换用间距更小的双缝
B．仅将单缝向双缝靠近
C．仅将屏向靠近双缝的方向移动
D．仅将红色滤光片换成紫色滤光片
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(2)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1 条亮纹，读出手轮的读数为1.030mm。继续转动手轮，
使分划板中心刻线对准第10 条亮纹如图乙所示，读出手轮的读数为 mm。已知双缝间的宽度
d=0.3mm，通过激光测距仪测量出双缝到投影屏间的距离L=1.0m，则该种色光的波长是 m。
【答案】(1)A
(2) 14.530
【详解】（1）
A．根据双缝干涉条纹间距公式
从目镜中看到干涉条纹太密，要想减少从目镜中观察到的条纹数量，应增大双缝干涉条纹间距，仅换用间
距更小的双缝，双缝干涉条纹间距增大，故A 符合题意；
B．仅将单缝向双缝靠近，双缝干涉条纹间距不变，故B 不符合题意；
C．仅将屏向靠近双缝的方向移动，双缝干涉条纹间距减小，故C 不符合题意；
D．仅将红色滤光片换成紫色滤光片，紫光的波长较小，双缝干涉条纹间距减小，故D 不符合题意。
故选A。
（2）[1]手轮的读数为
[2]双缝干涉条纹间距为
根据双缝干涉条纹间距公式
该种色光的波长为
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15．（2024·云南·二模）某学习小组用如图（a）所示的双缝干涉实验装置测量光的波长。请根据提示完成
下列问题：
（1）若取下滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中( )
A．观察不到干涉条纹
B．可观察到明暗相间的白色条纹
C．可观察到彩色条纹
（2）实验中，选用绿色滤光片测量绿光波长，测得双缝间的距离
，双缝与屏之间的距离
。当分划板的中心刻线与第1 条亮条纹的中心对齐时，手轮上读数为
，转动手轮，使
分划线向一侧移动，当分划板的中心刻线与第6 条亮条纹的中心对齐时，手轮上示数如图（b）所示，其读
数为
，由以上数据求得绿光的波长为
（计算结果保留三位有效数字）。
【答案】 C 13.870
【详解】（1）[1]若取下滤光片，则通过双缝的光不再是单色光，白光是复色光，因此在其他实验条件不
变的情况下，在目镜中将观察到彩色条纹。
故选C。
（2）[2] 螺旋测微器可动尺上的最小精度为
mm，读数时需要估读到下一位，可读得，不动尺上的读
数为
，可动尺上恰好第37 格和不动尺刻度轴线对齐，因此可读得读数为
（3）[3] 由题图可知，条纹间距
根据
得
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