文档文本内容
第58 讲 光学实验
目录
01 考情解码·命题预警..........................................................................................................................2
02 体系构建·思维可视.........................................................................................................................3
03 核心突破·靶向攻坚.........................................................................................................................4
考点一 实验：测量玻璃的折射率 .............................................4
知识点1 实验：测量玻璃的折射率.........................................................................................................4
考向1 教材原型实验...................................................................................................................................6
考向2 扩展创新实验........................................................................................................................10
考点二 实验：用双缝干涉测量光的波长 .....................................12
知识点1 实验：用双缝干涉测量光的波长..........................................................................................12
考向1 教材原型实验........................................................................................................................14
考向2 探索创新实验................................................................................................................................17
04 真题溯源·考向感知.......................................................................................................................19
常考考点
真题举例
实验：测量玻璃的折射率
————————
实验：用双缝干涉实验测量光的波长
————————
考情分析：
1. 实验：测量玻璃的折射率在高考物理考查的次数较低，主要出现在实验题和选择题中，常结合几何关
系和折射定律综合考查。实验：用双缝干涉实验测量光的波长在高考物理的考查频次较低，主要出现在选
择题、实验题中，电磁波，光的干涉，光的衍射等知识综合考查。
2．从命题思路上看，考查方向为
基本知识考查：折射定律，测量玻璃的折射率的操作，杨氏双缝干涉实验的实验操作，光的波长的计算，
亮条纹间距的测量；
常见模型考查：长方形玻璃砖，三角形玻璃砖，圆形玻璃砖，实验：用双缝干涉实验测量光的波长；
3．从命题思路上看，试题情景为
学习探究类：激光测量液体的折射率，单缝+平面镜实验。
复习目标：
目
一：
标
掌握测定折射率的原理及方法。
目标二：能用插针法测定玻璃的折射。
目标三：掌握由Δx＝λ 测光的波长的原理，并能测单色光波长。
目标四：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1 实验：测量玻璃的折射率
1.实验原理
如图所示，当光线AO 以一定的入射角θ1穿过一块两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO
对应的出射光线O'B，从而画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO'，求出折射角θ2，再根据n＝sin θ1
sin θ2
或n＝PN
QN
' 计算出玻璃的折射率。
2.实验器材
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺(刻度尺)、铅笔。
3.实验步骤
(1)用图钉把白纸固定在木板上。
(2)在白纸上画一条直线aa'，并取aa'上的一点O 为入射点，作过O 点的法线MM'。
(3)画出线段AO 作为入射光线，并在AO 上插上P1、P2两个大头针。
(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa'对齐，并画出另一条长边的对齐线bb'。
(5)眼睛在bb'的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1被P2挡住，然后在眼睛这一侧插上
大头针P3，使P3挡住P1、
P 2的像，再插上P4，使P4挡住P1、
P 2 的像和
P 3。
(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O'B 及出射点O'，连接O、O'得到
线段OO'。
(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。
(8)改变入射角，重复实验。
4.数据分析
(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sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的n＝sin θ1
sin θ2
，
并取平均值。
(2)图像法
改变入射角θ1，测出对应的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2的图像，由n＝sin θ1
sin θ2
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，如图所示，sin θ1＝EH
OE ，sin θ2＝E' H '
OE' ，OE＝OE'＝
R，则n＝sin θ1
sin θ2
＝EH
E' H ' 。只要用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出n。
5.误差分析
本实验误差主要来源于确定入射光线、出射光线时的准确性以及入射角和折射角的测量造成的偶然误差。
6.注意事项
(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O 之间、P3与O'之间距
离要稍大一些。
(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。
(3)操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm 以上，若宽度太小，则测量误差较大。
考向1 教材原型实验
例1 （2025·黑龙江大庆·模拟预测）“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________。
A．
只挡住
的像
B．
只挡住
的像
C．
同时挡住
、
的像
(2)为取得较好的实验效果，下列操作正确的是________。
A．选择的入射角应尽量小些
B．选用粗的大头针完成实验
C．大头针
和
及
和
之间的距离适当大些
(3)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
出光路图如图所示。由此可知，此玻璃砖中 （选填“红光”或“绿光”）折射率大。
【单位圆法】【变式训练1·变考法】（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）测量玻璃的折射率的实验中
(1)如图甲所示，某同学用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率，先将白纸平铺在木板上并用图钉
固定，再在白纸上确定玻璃砖的界面
，然后把玻璃砖平放在白纸上，确定玻璃砖的界面
。
为直线
与
的交点。在直线
上竖直地插上
两枚大头针，该同学接下来完成的必要步骤有_____。
A．插上大头针
，使
挡住
的像
B．插上大头针
，使
挡住
和
的像
C．插上大头针
，使
仅挡住
D．插上大头针
，使
挡住
和
的像
(2)如图乙所示，以
点为圆心、
为半径画圆，与折射光线的交点为
，过
点向界面作垂线，交点为
与
的延长线的交点为
。以
点为圆心、
（设为）为半径画另一圆。则玻璃的折射率
（用
、表示）。
(3)现有折射率为
的玻璃砖且上、下表面不平行，玻璃砖截面如图丙所示。若用激光从上表面入射，
当入射角
从0 逐渐增大到
时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失，则此玻璃砖上、下表面的夹角
。
【图像法】【变式训练2·变考法】（2023·黑龙江哈尔滨·模拟预测）如图所示，某实验小组的同学在“测
量玻璃的折射率”实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，将玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上
确定玻璃砖的界面
和
。O 为直线AO 与
的交点。在直线AO 上竖直地插上
、
两枚大头针。
（1）选出实验接下来要完成的必要步骤并按顺序填写选项前的序号 。
A．在玻璃砖另一侧插上大头针
，使
仅挡住
的像
B．在玻璃砖另一侧插上大头针
，使
挡住
的像和
的像
C．在玻璃砖另一侧插上大头针
，使
仅挡住
D．在玻璃砖另一侧插上大头针
，使
挡住
、
的像和
的像
（2）过
、
作直线交
于
，连接
。完成以上步骤后，实验小组内的同学采用不同的方式测量
玻璃的折射率：
①甲同学过O 作直线
垂直于
。多次改变入射角
，测出对应的折射角
，建立平面直角坐标系，
作图像如图2 所示，若图像的斜率表示玻璃的折射率，则图像的y 轴、x 轴表示的物理量依次为 。
A．
、
B．
、
C．
、
D．
、
②乙同学如图3 所示，以O 为圆心作圆，与入射光线AO、折射光线
分别交于E、F 点，再过E、F 点
作
的垂线，垂足分别为G、H 点，用刻度尺测得
，
，则该玻璃砖的折射率数
值为 （计算结果保留三位有效数字）。
（3）一位同学在某次实验中，准确地画好玻璃砖的界面
和
后，不慎将玻璃砖向下平移了一些，如
图4 所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值 准确值（选填“大于”、“小于”或
“等于”）。
考向2 扩展创新实验
例1 （2025·浙江绍兴·二模）如图所示，某同学用“尺瞄法”测定三棱镜玻璃的折射率，他在纸上画出三
棱镜界面AB 和AC，画一条与AB 斜交的直线DO1，眼睛对着AC 用直尺M 瞄准它的像，沿直尺画出O2E。
连接O1O2并延长，用圆规截取等长线段O1L 和O1P，过L、P 两点分别作法线NN'的垂线LK 和PQ。
(1)三棱镜折射率为 （用图中线段表示）。
(2)下列哪一项操作可以减小实验误差（ ）
A．O1点离角A 更近一些
B．O1L 和O1P 截取更长一些
C．用更短的直尺来瞄准直线
【变式训练1】（2024·黑龙江·模拟预测）某同学设计了一种测量半圆柱玻璃砖折射率的方法，该同学的主
要操作步骤如下：
①如图所示，在白纸上画出两条相互垂直的线段ab 和cd，交点标记为O 点；将玻璃砖的圆心与O 点重合，
直径与ab 重合；
②沿aO 射入一束激光；
③以圆心O 为轴，沿逆时针方向缓慢转动玻璃砖，观察从玻璃砖折射出的光线。
(1)若将玻璃砖从图示位置沿逆时针方向转过
角，可能观察到的实验现象有______。（填正
确答案标号）
A．折射光线在ab 上方
B．折射光线在ab 下方
C．折射光线与ab 重合
D．无折射光线
(2)若将玻璃砖从图示位置沿逆时针方向转过α1角时，折射光线恰好出现；从图示位置沿逆时针方向转过α2
角，折射光线恰好消失，已知
。根据以上信息，可得出折射率n=______。（填正确答案
标号）
A．
B．
C．
D．
(3)实验中，当折射角大于85°时，折射光线已十分微弱，不可观测，则通过（2）中表达式测得的折射率相
对真实值 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
考点二 实验：用双缝干涉测量光的波长
知识点1 实验：用双缝干涉测量光的波长
1.实验原理
单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中单色光波长λ 与双缝间距d、双缝到屏的距离l、
相邻两条亮(暗)条纹间距Δx 之间满足λ＝d
l Δ x 。
2.实验步骤
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上，如图所示。
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。
③调节各器件的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。
④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5~10 cm。
⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
(2)测量单色光的波长
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心，记下此时手轮上的读数a1，将该条纹记为第1 条亮条纹；转
动手轮，使分划板中心刻线移动至第n 条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数an。
③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d 是已知的)。
④改变双缝间的距离d，双缝到光屏的距离l，重复测量。
3.数据分析
(1)条纹间距Δx＝an−a1
n−1 。
(2)波长λ＝d
l Δx。
(3)计算多组数据，求λ 的平均值。
4.误差分析
(1)误差来源
由于光波的波长很短，双缝到光屏的距离l 和条纹间距Δx 的测量是否准确对波长的测量影响很大，是本实
验误差的主要来源。
(2)减小误差的方法
①l 的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。
②Δx 的测量：使用测量头测量，测出n 条亮条纹间的距离a，则Δx＝
a
n−1，同样可以多测几次求平均值，
进一步减小实验误差。
5.注意事项
(1)安装时，注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平
行且间距适当。
(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。
(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干涉
条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行。
得分速记
如图甲所示，测量头通常有两种，但都由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会左右移动。测
量时，应使分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐，如图乙，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。实际测量时，要测出n 个亮条纹间的距离a，再求出相邻两
条亮条纹间的距离Δx＝。
考向1 教材原型实验
例1 （24-25 高三上·内蒙古呼和浩特·开学考试）某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。若双
缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1 条暗条纹中心到第n 条暗条纹中心之间的距离为
，下
列说法正确的是（ ）
A．中央亮纹最亮最宽
B．测得单色光的波长
C．将单缝向双缝靠近，干涉条纹宽度变宽
D．将屏向远离双缝的方向移动，可以减少从目镜中观察到的条纹个数
【变式训练1】（2023·黑龙江哈尔滨·一模）利用图示装置测量某种单色光的波长。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。
（1）实验前打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮；然后光具
座上先放置b 和c ，再放置a （选填“双缝”“单缝”“滤光片”），就可以观察到单
色光的双缝干涉图样。
（2）实验中已知双缝间的距离d＝0.3 mm，双缝到光屏的距离L＝1.2 m，某种单色光照射双缝时，用测量
头测量条纹间的宽度：先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
手轮上的示数如图甲所示为 mm；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，此时手轮上的示数如图乙所示为 mm，则这种单色光的波长为 m（结果保留两位有
效数字）。
（3）上述实验中，若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片，则相邻亮纹中心间距 （选填“增大”“减
小”或“不变”）。
【变式训练2】（2025·辽宁·二模）在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。
(1)手轮上示数如图乙则此读数为 mm。
(2)下列说法正确的是_____（填标号）
A．实验中必须用拨杆来调整单缝和双缝，使单缝和双缝相互平行
B．实验中还需测出单缝到光屏的距离
C．将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变大
D．若将红色滤光片换成绿色滤光片，则相邻两亮条纹中心的距离将减小
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1 条暗条纹中心到第
4 条暗条纹中心之间的距离为7.560 mm。则所测单色光的波长为 nm（结果保留三位有效数字）。
(4)若某同学通过目镜，看到如图丙的情形。由于条纹清晰，他没有再进一步进行调节，而是直接进行测量，
并根据公式算出波长，则测量得到的波长和准确值相比是 （选填“偏大”或“偏小”还是
“不变”）。
考向2 探索创新实验
例1 （多选）（2024·山东枣庄·三模）1801 年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834 年，
洛埃用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。洛埃镜实验的基本装置如图所示，S 为单色
线光源，M 为一平面镜。S 发出的光直接照到光屏上，同时S 发出的光还通过平面镜反射到光屏上，这两
束光在光屏上叠加发生干涉形成明屏暗相间条纹。事实证明光从光疏介质射向光密介质时，反射光会产生
π 大小的相位突变，即发生所谓半波损失。设光源S 到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为d 和
L，单色光的波长为λ，下列说法正确的是（ ）
A．在整个光屏上都会呈现明暗相间的干涉条纹
B．若将平面镜向左平移，则光屏上相邻明条纹中心间距离将增大
C．若将光屏向左平移到平面镜右端B 处，光屏上与B 接触处出现暗条纹
D．在光屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离为
【变式训练1】（2025·辽宁沈阳·模拟预测）洛埃镜实验是利用平面镜研究光波的性质。某次实验时，小南
用光电传感器代替光屏，测量单色光的波长，其原理如图甲所示，单色光从单缝S 射出，一部分直接投射
到传感器上，另一部分入射到平面镜后反射到传感器上。传感器沿矩形的长边（图中竖直方向）
均匀分布着许多光敏单元，各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示器得到各点的光照强度，
形象地展示亮条纹的分布，得到干涉图像的条纹间距。图乙中a 曲线是小南得到的干涉图像。
(1)由图甲可知单缝S 到传感器的距离为 cm；
(2)单缝S 到平面镜的距离
，则单色光的波长为 nm（保留3 位有效数字）；
(3)若只把光源换成频率更大的单色光，则新的光强分布是图乙中的 （填“b”或“c”）曲线。
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=
。
3．（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。
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·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
（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 。
7．（2025·北京·高考真题）(1)下列实验操作，正确的是________（填选项前的字母）。
A．用单摆测重力加速度时，在最高点释放摆球并同时开始计时
B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系时，使用多用电表的交流电压挡测电压
C．用多用电表测电阻前应先把两表笔短接，调整欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零点
(2)用双缝干涉实验测量光的波长的实验装置如图1 所示。
①双缝应该放置在图1 中 处（填“A”或“B”）。
②分划板中心刻线与某亮纹中心对齐时，手轮上的示数如图2 所示，读数为
。
(3)某电流表出现故障，其内部电路如图3 所示。用多用电表的欧姆挡检测故障，两表笔接
时表头
指针不偏转，接
和
时表头
指针都偏转。出现故障的原因是________（填选项前的字母）。
A．表头
断路
B．电阻
断路
C．电阻
断路
8．（2018·浙江·高考真题）（1）细丝和单缝有相似的衍射图样，在相同条件下，小明用激光束分别垂直
照射两种不同直径的细丝I 和细丝II，在光屏上形成的衍射图样如图中a 和b 所示，已知细丝I 的直径为
0.605mm，现用螺旋测微器测量细丝II 的直径，如图所示，细丝II 的直径为 mm；图中的
（填“a”或“b”）是细丝II 的衍射图样；
（2）小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的
放置如图所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为
的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的
干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为h，与光屏的距离为D，则条纹间距
，随后小
明撤去平面镜，在单缝下方A 处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上 （填“能”会
“不能”）观察到干涉条纹。
