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第37 讲 光学实验 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 测定玻璃的折射率 知识点1 测量玻璃的折射率 考向1 测量玻璃的折射率 考点二 用双缝干涉实验测量光的波长 知识点1 用双缝干涉实验测量光的波长 考向1 用双缝干涉实验测量光的波长 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026 年 2025 年 2024 年 测定玻璃的折射率 黑吉辽蒙联卷11T,8 分 考情分析 题型与考向：光学实验是新高考必考实验，命题聚焦两大经典实验：测定 玻璃的折射率和用双缝干涉测量光的波长； 情境与立意： 1. 生活应用情景：利用折射原理测量液体折射率、薄膜干涉检查工件平整 度。 2. 经典探究实验情景：插针法测定玻璃的折射率、双缝干涉测量光的波 长。 3.科技探究类情景：利用双缝干涉测量激光波长、光学镜片厚度测量。 复习目标 1. 掌握核心实验原理，识别实验装置各部分作用，记住基本操作要求。 2. 会处理实验数据 ，能根据数据绘制图像，并推导出相关结论。 3. 能分析常见误差并正确处理。 4. 能解决创新情景问题。 思维建模·脉络梳理 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 测定玻璃的折射率 知识点1 测定玻璃的折射率 知●识●解●构 一、实验目的 1.测定玻璃的折射率。 2.学会用插针法确定光路。 二、实验原理 当光线AO 以一定的入射角θ1穿过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，从而求出折射光线OO′和折射角θ2，再根据 n＝算出玻璃的折射率。 三、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器（或圆规）、三角板、铅笔。 四、实验步骤 1.把白纸铺在木板上并用图钉固定。 2.如图所示，在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O 画出界面的法线NN′，并画一条 线段AO 作为入射光线。 3.把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用三角板画出玻璃砖的另一边bb′。 4.在线段AO 上 竖直地插上两枚大头针P1、P2。 5.从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。 再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住 P3本身及P1、P2的像。 6.移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B 交bb′于 O′。连接O、O′，OO′就是玻璃砖内的折射光线。∠AON 为入射角θ1，∠O′ON′为折射角θ2。 7.用量角器量出入射角和折射角，查出它们的正弦值，并记录数据。 8.改变入射角的大小，重复以上实验。 五、数据处理 1.计算法 算出入射角不同时的，并取平均值，得到折射率。 2.图像法 对于测出的多组θ1和θ2，作sin θ1－sin θ2图像，由n＝可知图像应为过原点的直线，如图所示，其 斜率为折射率。 3.单位圆法 以入射点O 为圆心，以一定长度R 为半径画圆，交入射光线OA 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 θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝ R，则n＝＝，只要测出EH、E′H′的长度就可以求出折射率n。 六、注意事项 1.实验时，将大头针尽可能竖直地插在纸板上，并且使P1与P2之间、P3与P4之间距离适当大一些， 这样可以减小确定光路方向时出现的误差。 2.入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，太大会导致反射光太强、折 射光太弱，不易确定P3、P4的位置。 3.在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖当尺子画界线。 4.在实验过程中，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。 七、实验原理和实验过程的创新 1.利用本实验的方法还可以测量其他物质的折射率。 2.可以利用全反射的方法测物质的折射率。 考●向●破●译 考向1 测量玻璃的折射率 例1 （25-26 高二下·辽宁营口）在“测玻璃的折射率”实验中 (1)如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，在A、B、C、D 四点分别插上P1、P2 、 P3和P4四枚 大头针，下列说法中正确的是（ ） A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像 B．为减少测量误差，P1、P2的连线与法线NN/的夹角应尽量小些 C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些 D．若 P1、P2的连线与法线NN'夹角较大时有可能在bb'面发生全反射，所以在a'一侧就看不到P1、P2 的像 (2)该实验小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O 为圆心作圆，与入射 光线P1O、折射光线OO'的延长线分别交于A、B 点，再过A、B 点作法线NN＇的垂线，垂足分别为C、D 点，如图所示，测得所需数据分别为AC=1.68cm 和 BD=1.12cm，则该玻璃砖的折射率数值为___ (3)在用针插法测定玻璃砖折射率的实验中，某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，其他操作均正确，且以aa'、bb'为界面画光路图，则该同学测得的折射率与真实值相比____（填“偏 大”、“偏小”或“不变”）。 【变式训练1·变考法】（25-26 高二下·辽宁沈阳）在“用插针法测玻璃砖折射率”的实验中，玻璃砖的 AC 边与BD 边相互平行，AB 边与CD 边不平行，如图所示。 (1)以入射点O 为圆心，以R=5 cm 为半径画圆，与入射光线PO 交于M 点，与折射光线OO′的延长线交于 F 点，过M、F 点分别向法线作垂线，量得MN=1.68 cm，FE=1.12 cm，则该玻璃砖的折射率n=________。 (2)下列操作可以减小实验误差的是（ ） A．适当增大大头针P1、P2的间距 B．选择玻璃砖相互平行的两边来测量 C．选用尽可能细的笔画线 D．使PO 的入射角接近90° (3)某同学突发奇想用两块同样的玻璃直角三角形棱镜ABC 来做实验，两者的AC 面是平行放置的，插针 P1、P2的连线垂直于AB 面，若操作无误，则在图中右边的插针应该是（ ） A．P3、P6 B．P3、P8 C．P5、P6 D．P7、P8 【变式训练2·变情境】（2026·山东日照·三模）某学习小组为测量半圆形玻璃砖的折射率，操作如下： ①将光屏与半圆玻璃砖放置在水平桌面上，光屏MN与玻璃砖直径AB垂直并相切于A点。 ②做出过O点的法线PQ。 ③一束单色光S从空气射向圆心O后，在光屏MN上形成两个光斑C和D，如图所示。记录光斑C和D的 位置，撤去玻璃砖，测得OC和OD的长度分别为a和b。 回答下列问题： (1)根据以上测量的物理量，可得玻璃砖的折射率n=________（用a、b表示）。 (2)缓慢增大入射角，光斑D________消失（选填“会”或“不会”）。 (3)实验过程中，若不小心将光屏绕A点在纸面内逆时针转过一个小角度，则折射率的测量值________ （填“偏大”、“不变”或“偏小”）。 考点二 用双缝干涉实验测量光的波长 知识点1 用双缝干涉实验测量光的波长 知●识●解●构 一、实验目的 1.了解光波产生稳定的干涉现象的条件。 2.观察白光和单色光的双缝干涉图样。 3.测量单色光的波长。 二、实验原理 相邻两条明条纹间距Δx 与入射光波长λ，双缝S1、S2间距d 及双缝与屏的距离l 满足的关系式为Δx＝ λ。 三、实验器材 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、 刻度尺。 四、实验步骤 1.安装仪器 （1）将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。 （2）接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线 到达光屏。 （3）安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。 2.观察与记录 （1）调单缝与双缝间距为5～10 cm 时，观察白光的干涉条纹。 （2）在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 （3）调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1 条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮， 使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n 条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2， 则相邻两条纹间的距离Δx＝。 （4）换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。 3.数据处理：用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式λ＝Δx 计算波长，重复测量、计算，求 出波长的平均值。 五、教材原型实验及创新提高 注意事项 1.安装时，注意使光源、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.不要直接测Δx，要测几个条纹的间距，计算得Δx，这样可以减小误差。 特别提醒：（1）实验中滤光片的作用是获得单色光，要测量某种单色光的波长，实验中必须使用滤 光片。 （2）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。 考向1 用双缝干涉实验测量光的波长 例1 （25-26 高二下·辽宁）现用如图甲所示的双缝干涉实验装置来测量光的波长。 (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可以________。 A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用双缝之间的距离更大的双缝 (2)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有10 分度。某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与 某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1 条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为2.7 mm；接着再同方向 转动手轮，使分划板中心刻线与第6 条亮纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的示数如图乙所示，则读 数为________mm。已知双缝间距d =2.00×10 −4 m，测得双缝到毛玻璃屏的距离L=0.800 m，所测光的 波长λ =________nm（保留3 位有效数字）。 (3)为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δ x，而是先测量n 个条纹的间距再求出Δ x。 下列实验采用了类似方法的有________。 A．“卡文迪什扭秤”的实验中测定万有引力常数G 的数值 B．“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量 C．“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧形变量的测量 D．“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中1 滴油酸酒精溶液体积的测量 【变式训练1·变考法】（25-26 高二下·辽宁大连）如图甲为双缝干涉实验装置示意图。 (1)某次实验中，该装置双缝间距d =0.20 mm，双缝到光屏的距离l =700 mm，在光屏上得到的干涉图样如 图乙所示，将测量头的分划板中心刻线与A条纹中心对齐，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与 B亮条纹中心对齐，测得A、B间距为14.7 mm。则形成此干涉图样的单色光的波长为__________m（保留 2位有效数字）。 (2)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条纹 C．可观察到彩色条纹 (3)若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，则在这种情况下测量干涉条 纹的间距Δ x时，测量值__________（填“大于”“小于”或“等于”）实际值。 【变式训练2·变情境】（25-26 高二下·辽宁沈阳）“用双缝干涉测光的波长”的实验装置如图所示。 (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： A．灯丝与单缝和双缝必须平行放置 B．干涉条纹与双缝垂直 C．干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关 D．干涉条纹的间距与光的波长有关 以上几点中，你认为正确的是__________。 (2)用带有游标卡尺的测量头测量相邻两条亮条纹间的距离Δ x。转动测量头的手轮，使分划板的中心刻 线对齐某一条亮条纹（将这一条纹确定为第1 亮条纹）的中心，此时游标卡尺上的示数如图乙所示，再 转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第5 条亮条纹的中心，此时游标卡尺上的示数情况如图丙 所示，则图丙的示数x2=__________mm。如果实验所用双缝之间的距离d =0.20 mm，双缝到屏的距离 L=60cm。根据以上数据可得出光的波长λ =__________（保留1 位小数）nm。 (3)丁图为实验装置简化示意图。S为单缝，S1S2为双缝，屏上O点处为一条亮条纹。若实验时单缝偏离光 轴，向下微微移动，则可以观察到原来O点处的干涉条纹__________（“向上移动”“向下移动”“仍在 O点”） (4)戊图中目镜观察到的干涉条纹倾斜，__________（“会”或者“不会”）影响波长测量的结果。 真题·实战演练 高频考点：测定玻璃折射率、用双缝干涉实验测量波长。 1．（2019·全国II 卷·高考真题）某同学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。回答下列问题： （1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可__________； A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝 （2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1 条暗条纹到第n 条暗条纹之间的距离为Δx，则 单色光的波长λ=_________； （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 条暗条纹到 第4 条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为______________nm（结果保留3 位有效数 字）。 2．（2026·黑吉辽蒙卷·高考真题）如图（a），某同学利用激光测距仪分别在①、②位置测量玻璃砖厚度 时，发现两次示数差异较大。他猜想这可能与玻璃砖的折射率有关，于是设计了如下验证实验。 如图（b），在白纸上描出玻璃砖的两个边a和a ′，使激光沿纸面以某一角度入射到玻璃砖侧面，在光束1 上靠近光源处标记点M，在光束1 与a的交点处标记点O，在光束2 与a ′的交点处标记点N。 移走测距仪和玻璃砖。如图（c），过O点作a的垂线b，连接MO和ON，以O为圆心、ON为半径作圆弧， 与MO交于P点。分别测量N、P到b的距离，记为xN和xP。 改变入射角多次测量，记录多组数据，计算玻璃砖折射率n及其平均值。结果表明，测距仪在①、②位置 测量时的示数比值与此平均值近似相等。 回答下列问题： (1)上述实验过程中，下列说法正确的是__________（单选）。 A．点M只能标记在光束1 上靠近光源处 B．点N只能标记在光束2 与a ′的交点处 C．只能以ON为半径作圆弧 (2)处理数据时，n=__________（用xN、xP表示）。 (3)该同学推测，测距仪是通过测量激光的传播时间Δt来计算距离的，则该测距仪示数是通过__________ （选填“cΔt 2 ”或“v Δt 2 ”，c和v分别是激光在真空和介质中的速度）计算的。 (4)该同学将深度为16.0cm的不锈钢杯装满水（折射率为1.33）后，测量此杯深度，若测距仪的示数接近 __________cm（保留至小数点后1 位），则符合他的推测。 3．（2025·福建·高考真题）某实验小组探究糖水折射率n 随浓度η的变化规律。主要装置包括激光器和长 方体玻璃缸，玻璃缸正面内侧刻有水平、竖直标尺，如图（a）所示。实验操作过程如下： （1）调配一定浓度的糖水，注入水平放置的玻璃缸中。 （2）打开激光器，让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水。 （3）调整激光器，使入射点O 处于竖直刻度尺的正后方，光路如图（b）所示，其中A 点是入射光线与 玻璃缸上边沿所在平面的交点，B 点是折射光线与玻璃缸底部的交点，A、B 点到法线的距离分别为 L1、L2，到液面的距离分别为h1、h2。测得L1、L2、h1、h2的值，并利用表达式n=________（用 L1、L2、h1、h2表示）求出糖水折射率。 （4）改变缸内糖水浓度，进行多次实验，将实验数据填入下表。 浓度η/% 11.8 21.1 32.0 39.1 51.1 折射率n 1.34 1.36 1.38 1.40 1.42 （5）在图（c）给出的坐标纸上补上浓度η=32．0 %的数据点。分析图中数据点，可知糖水折射率随浓 度近似线性变化，绘制出“n−η”图线________。 （6）由所绘图线可知，糖水浓度每增加10.0%，折射率增大________。（结果保留2 位有效数字）
