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第69 讲 光学实验
核心考点
考点一 实验：测量玻璃的折射率................................................................................................1
考点二 实验：用双缝干涉测量光的波长....................................................................................9
考点一 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。
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(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°)。
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(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。
【例1】（24-25 高二下·广东·期末）(1)某实验小组用三角形玻璃砖ABC 做“测定玻璃折射
率”的实验。如甲图所示，他们将玻璃砖平放在白纸上，并沿界面作出两条直线AB 和CB，
在直线AB 一侧插上大头针P1、P2以记录入射光线的方向，眼睛在玻璃砖的另一侧观察，并
插上大头针P3、P4以记录折射光线的方向。请在甲图中用直尺补充光线在两个界面发生折射
的完整的光路图。
(2)小组中一名同学在处理实验数据时，由于没有量角器，决定仅用一把直角三角板（含毫米
刻度尺）完成折射率的测量。乙图是他记录的入射光线、折射光线、界面和法线。为了方便
测量，他以入射点O 为圆心作了一个圆，圆与入射光线的交点为P，与折射光线的交点为
M，如图中虚线所示。请你在此基础上继续完成实验：
①在乙图中用虚线作出需要测量长度的线段PQ、MN，并标明字母Q 与N（用黑色字迹的钢
笔或签字笔作答） ；
②用毫米刻度尺测得PQ 的长度为 cm；（测量时，以答题卡上的PQ 线段长度为
准）
③根据公式n= （用PQ、MN 的关系式表示）、以及图中相应线段的测量值，可测
得该玻璃的折射率为 （保留三位有效数字）。
【答案】(1)
3
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(2)
1.68（1.66~1.70）
1.56
（1.55~1.65）
【详解】（1）大头针P1、P2的连线为入射光线，大头针P3、P4的连线为两次折射后的折射
光线的方向，作出交点的垂线为法线，完整的光路图如图所示
（2）①[1]在乙图中用虚线作出需要测量长度的线段PQ、MN，如图所示
[2]
②
毫米刻度尺读长度估读到0.1mm，PQ 的长度为1.68cm（1.66cm~1.70cm）；
[3]
③
设圆的半径为R，根据折射定律的有
，
，
联立解得
[4]量出PQ、MN 的长度值，可测得该玻璃的折射率为1.56（1.55~1.65）。
【例2】（2025·湖北·模拟预测）如图所示，用插针法测量半圆形玻璃砖的折射率。
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①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O 点。
②将玻璃砖直径面沿ab 放置，使其半径
的中点位于O 点，并确定圆弧侧面的位置。
③在cd 上竖直插上大头针
和
，从圆弧侧面透过玻璃砖观察
和
，插上大头针
，要
求
能挡住 （“选填“
”“
”或“
和
”）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，测得从圆弧面出射的光线与直线cd 的夹角为
，则玻璃砖的折射
率
。
【答案】
和
不需要
【详解】③[1]要求
和
在一条光线上，该光线透过玻璃砖后过
，故
要挡住
和
的
虚像；
[2]
④
与ab 垂直，则过
、
的光线与ab 垂直，光垂直入射时传播方向不变，因此可以确
定圆弧面上的入射点，此时只需要找到折射光线上一点即可确定出射光线，故不需要插第四
枚大头针。
[3]
⑤
由图中几何关系结合题给条件可知，在圆弧面上入射角为
，折射角为
，则有
【例3】（2025·四川眉山·模拟预测）如图所示，某同学在“测定玻璃的折射率”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
和
。
为直线
与
的交点。在直线
上竖直地插上
、
两枚大头针。
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(1)该同学接下来要完成的必要步骤有__________
A．插上大头针
，使
仅挡住
的像
B．插上大头针
，使
挡住
的像和
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)过
、
作直线交
于
，过
作垂直于
的直线
，连接
。测量图中角
和
的大小。则玻璃砖的折射率
；
(3)如图所示，该同学在实验中将玻璃砖界面
和
的间距画斜了。若其他操作正确，则
折射率的测量值 准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
【答案】(1)BD
(2)
(3)小于
【详解】（1）该同学接来要完成的必要步骤有：确定
大头针的位置的方法是插上大头针
，使
能挡住
、
的像，确定
大头针的位置的方法是大头针
能挡住
和
、
的
像，故该同学接下来要完成的必要步骤是BD。
故选BD。
（2）根据折射定律，可得玻璃砖的折射率为
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（3）如图为在图中分别做出的实际光路图（图中实线）和以
、
界面，以大头针留
的痕迹做出出射画的实验光路图（图中虚线）
比较实地光路图的折射角与实验图的折射角关系，可知：折射角测量值偏大，则折射率偏小。
【例4】（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
【答案】(1)
(2)B
【详解】（1）根据折射率定义有
因为
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整理得
（2）A．
点离角A 更近一些，会使光线在三棱镜内的光路较短，测量误差相对增大，不利
于减小误差，故A 错误；
B．
截取更长一些 ，在测量线段长度计算 折射率时，相对误差会减小，从而可以
减小实验误差，故B 正确；
C．用更短的直尺来瞄准直线，直尺越短，瞄准过程中产生的角度偏差可能越大，会增大实
验误差，故C 错误。
故选B。
【例5】（2025·重庆·三模）小王同学欲利用“插针法”测定某方形玻璃的折射率，正确操作
后，作出的光路图如图甲所示。因手中无量角器,该同学便以入射点
为圆心作圆，与入射光
线、折射光线分别交于
、
点，再分别过
、
点作法线的垂线，垂足分别为
、
点，
如图乙所示。
(1)下列关于大头针
、
的位置，说法正确的是_____。
A．插上大头针
，使
挡住
的像
B．插上大头针
，使
仅挡住
的像
C．插上大头针
，使
挡住
的像和
D．插上大头针
，使
仅挡住
(2)测出线段
、
、
的长度分别为
、
、
，则该玻璃的折射率
。
(3)另一同学在实验时因粗心将法线画歪了(如图丙)，在其他操作均正确的情况下，则他测得
的折射率将 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】(1)AC
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(2)
(3)偏大
【详解】（1）确定大头针
的位置的方法是使大头针
能挡住
、
的像，则
必定在出
射光线方向上，确定大头针
的位置的方法是使大头针
能挡住
、
的像和
，则
必
定在出射光线方向上。
故选AC。
（2）由图可知，
，根据几何关系有
，
解得
，
根据折射定律可得
（3）由图丙可知，入射角和折射角都减小相同的角度
，则折射率的测量值为
真实值为
因
，根据三角函数的性质可判断
即
故折射率测量值偏大。
考点二 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 。
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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
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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。
【例6】（2025·河南·三模）在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放
置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。
(1)M、N、P 三个光学元件依次为______（填标号）；
A．滤光片、单缝、双缝
B．单缝、滤光片、双缝
C．单缝、双缝、滤光片
D．滤光片、双缝、单缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，下列说法正确的是______（填标号）；
A．中央亮纹最亮最宽
B．将单缝向双缝靠近，干涉条纹宽度变宽
C．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
(3)某次实验中，目镜中心刻线对齐第n 条亮条纹中心和第
条亮条纹中心时，游标卡
尺的示数分别如图乙和图丙所示，图乙中游标卡尺的读数为 mm。已知双缝间距
，双缝到屏的距离
，所测单色光的波长为 nm（保留三位有效数
字）。
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【答案】(1)A
(2)C
(3) 8.70 630
【详解】（1）为了获取单色的线光源，光源后面应放置滤光片、单缝，单缝形成的相干线性
光源经过双缝产生干涉现象，因此，M、N、P 三个光学元件依次为：滤光片、单缝、双缝。
故选A。
（2）A。单色光的干涉条纹等宽等亮，故A 错误；
B．干涉条纹宽度与单缝与双缝的距离无关，将单缝向双缝靠近，干涉条纹宽度不变，故B
错误；
C．由双缝干涉条纹间距公式
可知，对于某单色光，波长λ 一定，增大双缝到光屏的距离L 可增加相邻亮纹（暗纹）间的
距离，可以减少从目镜中观察到的条纹个数，故C 正确。
故选C。
（3）[1]图乙中游标卡尺的读数为
图丙中游标卡尺的读数为
相邻条纹间距
[2]根据条纹间距公式
代入数据可得
【例7】（2025·山西·三模）某同学用图示装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验，光源
采用的是小白炽灯泡。
(1)光具座上标注为a、b、c 的仪器依次为___________。
A．滤光片、双缝和单缝
B．滤光片、单缝和双缝
C．单缝、滤光片和单缝
D．双缝、滤光片和双缝
(2)先用红色滤光片进行实验，在目镜中可以看到红色干涉条纹，若想减少从目镜中观察到的
条纹个数，该同学可以___________。
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A．将单缝向双缝靠近
B．增大遮光筒的长度
C．减小遮光筒的长度
D．使用间距更大的双缝
(3)取下红色滤光片，调节装置后在目镜中观察到的图样中，其中央条纹是 （选填
“白色”“黑色”“紫色”或“红色”）。
【答案】(1)B
(2)B
(3)白色
【详解】（1）实验中通过滤光片获得单色光，通过单缝获得线光源，通过双缝获得相干光，
可知，光具座上标注为a、b、c 的仪器依次为滤光片、单缝和双缝，故选B。
（2）若像减少观察到的条纹数，即增大条纹间距，由公式
A．将单缝向双缝靠近，不能改变条纹个数，故A 错误；
B．增大遮光筒的长度，可以增大条纹间距，减少观察到的条纹数，故B 正确；
C．减小遮光筒的长度，可以减小条纹间距，增加观察到的条纹数，故C 错误；
D．使用间距更大的双缝，可以减小条纹间距，增加观察到的条纹数，故D 错误；
故选B。
（3）取下红色滤光片，调节装置后在目镜中观察到的图样中，观察到的条纹是中央条纹是白
色，两边是彩色条纹。
【例8】（2025·山东·模拟预测）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。
(1)下列说法中正确的是___________。
A．要使模糊的干涉条纹变得清晰可通过旋转测量头来实现
B．使用间距更小的双缝，可增加从目镜中观察到的条纹个数
C．测量某条亮纹位置时，应使测量头分划板刻线与该亮纹的中心对齐
(2)该同学调整好实验装置后，测出双缝间距
，双缝到屏的距离
，对干
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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螺旋测微器示数如图2 所示，
则所测光的波长
为 nm。
(3)该同学在实验操作中将一厚度为
、折射率为1.5 的透明薄片置于了双缝中的
，如图3
所示，他观察到的中点
处为___________（填正确答案前的字母）。
A．亮纹
B．暗纹
【答案】(1)C
(2)713
(3)B
【详解】（1）A．若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的
原因是单缝与双缝不平行，要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，
故A 错误；
B．根据相邻两亮（暗）干涉条纹的间距
可知要增加观察到的条纹数，即
越小，可使用间距更大的双缝，故B 错误；
C．测量某条干涉亮纹位置时，应使测量头分划板刻线与该亮纹的中心对齐，故C 正确。
故选C。
（2）由题图2 可知，螺旋测微器的读数分别为
，
相邻亮条纹的间距
根据
可得所测光波的波长
（3）
光源发出的光到
、
的距离相同，透明薄片相当于增加光程半波长的奇数倍，即
、
振动方向始终相反，
到
、
的距离相同，光程差
，
点为减弱点，即为
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暗条纹。
故选B。
【例9】（2025·福建福州·三模）如图甲所示，在利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝
的间距为d，双缝到光屏的距离为L。
(1)实验得到明暗相间的条纹，转动手轮，使分划板的中心刻度线对准第1 条亮条纹的中心时，
手轮上的示数如图乙所示，则对准第1 条时示数x1= mm；分划板的中心刻度线对准第
6 条亮条纹的中心时，手轮上的示数x2；计算波长的表达式为λ= （用题目中所给符号
表示）。
(2)某同学观察到如图丙所示图像，应调节图中的 （填“单缝”或“测量头”）；若
没有调节，会导致波长的测量值 （填“大于”“小于”或“等于”）其实际值。
【答案】(1) 9.812/9.811/9.813
(2) 测量头 大于
【详解】（1）[1] 对准第1 条时示数
，由于读数误
差，在9.811mm~9.813mm 范围内均可。
[2]由
，则波长的表达式为
（2）[1][2]条纹倾斜，与刻线没有平行，则应调节图中的测量头。若没有调节，则导致条纹
间距Δx 偏大，进而导致波长的测量值大于其实际值。
【例10】（2025·辽宁沈阳·模拟预测）某实验小组按图1 所示在光具座上摆放各实验装置，
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利用双缝干涉测定光的波长。双缝间距为
，双缝到光屏的距离为
，
实验时，接通电源，小灯泡作为光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条
纹。已知测量头游标尺为50 分度。
(1)某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，先得到图2（a），此时图2（b）中游标卡尺的
读数
mm；接着再转动手轮，又得到如图3（a），此时图3（b）中游标尺上
的读数
mm；可得两个相邻条纹间距
。
(2)利用上述测量结果，经计算这种色光的波长
nm。（结果保留三位有效数
字）
(3)若在凸透镜和滤光片之间加一个偏振片，在旋转偏振片一周的过程中，在目镜中将看到（
）
A．因无法干涉，视野中不再有条纹
B．随着偏振片转动，视野中仍有条纹但亮度忽明忽暗
C．随着偏振片转动，视野中仍有条纹且亮度不变化
D．仅当偏振片转动至其透振方向与单、双缝平行时才有清晰条纹，而转至其他角度时条
纹几乎无法看到
【答案】(1) 1.16 15.02 2.31
(2)578
(3)C
【详解】（1）[1]50 分度游标卡尺的精确值为
，由图2（b）可知读数为
[2]由图3（b）可知读数为
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[3]则两个相邻条纹间距为
（2）根据
，可得波长为
（3）A．若在凸透镜和滤光片之间加一个偏振片，到达双缝的光是从同一偏振片分解出来的，
它们满足相干条件，所以视野中仍有条纹，故A 错误；
BCD．在旋转偏振片一周的过程中，在视野中仍有条纹且亮度不变化，只是亮度比没有加偏
振片时要暗，故BD 错误，C 正确。
故选C。
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