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高考物理一轮复习讲义专题11.3 本专题实验（2份打包，原卷版+解析版）
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科学实验：
1、通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。
2、会用双缝干涉实验测量光的波长
【讲考点题型】
【知识点一】实验：测定玻璃的折射率
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，从而画出折射光线OO′，求出折射角θ2，再根据n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)或n＝eq \f(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、三角板、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、P2两根大头针。
（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的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
（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，算出不同入射角时的eq \f(sin θ1,sin θ2)，并取平均值。
4.数据处理
（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eq \f(sin θ1,sin θ2)，并取平均值。
（2）作sin θ1－sin θ2图像：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2的图像，由n＝eq \f(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”法确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n。
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3所示，sin θ1＝eq \f(EH,OE)，sin θ2＝eq \f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，则n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)＝eq \f(EH,E′H′)。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。
【例1】（2022·浙江温州·二模）在“测定玻璃的折射率”实验时：
（1）下列做法正确的是______；
A．入射角越大，误差越小
B．画出玻璃砖边界面后，实验过程中玻璃砖就可以任意移动了
C．插大头针时，要尽量让针处于竖直状态且间距适当远一些
D．所用玻璃砖必须是平行玻璃砖，用其他形状的玻璃砖无法测得其折射率
（2）某学生在插第三枚大头针 SKIPIF 1 < 0 时，在视线中看到 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 两枚大头针“断”成了a、b、c、d四截，如图所示。正确的做法是让 SKIPIF 1 < 0 同时挡住______。
A．a、b B．c、d C．a、c D．b、d
【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学实验。
【变式训练1】（2022·浙江·模拟预测）某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，作出的光路图及测出的相关角度如图所示。
（1）下列那些操作有助于减小测量误差___________。
A．选用较粗的大头针，以便大头针的像能看得清晰
B．选用宽度适当大一点的玻璃砖
C．入射角不要过大，也不要过小
D．P3和P4两针的距离要适当远一点
E．玻璃砖的前后两个侧面务必平行
（2）本实验采用先画入射光线，再插上P1和P2两针，因入射光线已经画好，故只要P1和P2两针插得准、插得直就可以，对两针距离远近没有要求，这个说法是___________的。（填“正确”或“错误”）
（3）某同学在插P4这枚针的时候不小心插得偏右的了一点，此操作会导致折射率的测量值___________。（填“偏大”、“不变”或“偏小”）
【方法总结】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、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.
【知识点二】实验：用双缝干涉测光的波长
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，图样中相邻两条亮（暗）条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝eq \f(d,l)Δx.
2.实验过程
（1）观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏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，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）测定单色光的波长
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央，记下此时手轮上的读数，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另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹.
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，双缝到屏的距离l，重复测量.
3.数据处理
（1）条纹间距Δx＝eq \f(an－a1,n－1).
（2）波长λ＝eq \f(d,l)Δx.
（3）计算多组数据，求λ的平均值.
4.注意事项
（1）安装时，注意调节光源、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）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所致；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行所致.
【例2】（2022·北京·高三开学考试）如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中：
（1）在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤色片、③_________、④_________、⑤遮光筒、⑥光屏（含测量头）。
（2）利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是（ ）
A．将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄
B．将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变宽
C．将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变宽
D．换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄
E．去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失
（3）在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹记为第1条亮纹，此时手轮上的示数如左图所示。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，此时手轮上的示数如右图所示，则此示数为_________mm，由此可求得相邻亮纹的间距 SKIPIF 1 < 0 为_________mm。
（4）已知双缝间距d为 SKIPIF 1 < 0 ，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式 SKIPIF 1 < 0 _________，求得所测红光波长为_________nm。
【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学实验。
【变式训练2】（2022·广东·高三开学考试）某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其实验装置如图所示。
（1）为测量该单色光的干涉条纹宽度，各仪器安装位置如图所示，图中A为滤光片，B为__________（填“单缝”或“双缝”），C为__________（填“单缝”或“双缝”）。
（2）在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时：
①观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝__________（填“垂直”或“平行”），从而使条纹变得清晰。
②要想增加从目镜中观察到的条纹个数，需将毛玻璃屏向__________（填“靠近”或“远离”）双缝的方向移动。
（3）下列图示中条纹间距表示正确是__________（填正确答案标号）。
A．B．
C．D．
（4）在实验前已获知的数据有双缝间的距离d和双缝与毛玻璃屏之间的距离L，通过测量头观察到第N1条亮条纹的读数为Y1，观察到第N2条亮条纹的读数为Y2，请写出计算该单色光波长的表达式 SKIPIF 1 < 0 =_________。
【方法总结】
1.数据处理
（1）条纹间距Δx＝eq \f(an－a1,n－1).
（2）波长λ＝eq \f(d,l)Δx.
（3）计算多组数据，求λ的平均值.
2.注意事项
（1）安装时，注意调节光源、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）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所致；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行所致.
科学实验：
1、通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。
2、会用双缝干涉实验测量光的波长
【讲考点题型】
【知识点一】实验：测定玻璃的折射率
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，从而画出折射光线OO′，求出折射角θ2，再根据n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)或n＝eq \f(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、三角板、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、P2两根大头针。
（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的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
（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，算出不同入射角时的eq \f(sin θ1,sin θ2)，并取平均值。
4.数据处理
（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eq \f(sin θ1,sin θ2)，并取平均值。
（2）作sin θ1－sin θ2图像：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2的图像，由n＝eq \f(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”法确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n。
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3所示，sin θ1＝eq \f(EH,OE)，sin θ2＝eq \f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，则n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)＝eq \f(EH,E′H′)。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。
【例1】（2022·浙江温州·二模）在“测定玻璃的折射率”实验时：
（1）下列做法正确的是______；
A．入射角越大，误差越小
B．画出玻璃砖边界面后，实验过程中玻璃砖就可以任意移动了
C．插大头针时，要尽量让针处于竖直状态且间距适当远一些
D．所用玻璃砖必须是平行玻璃砖，用其他形状的玻璃砖无法测得其折射率
（2）某学生在插第三枚大头针 SKIPIF 1 < 0 时，在视线中看到 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 两枚大头针“断”成了a、b、c、d四截，如图所示。正确的做法是让 SKIPIF 1 < 0 同时挡住______。
A．a、b B．c、d C．a、c D．b、d
【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学实验。
【变式训练1】（2022·浙江·模拟预测）某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，作出的光路图及测出的相关角度如图所示。
（1）下列那些操作有助于减小测量误差___________。
A．选用较粗的大头针，以便大头针的像能看得清晰
B．选用宽度适当大一点的玻璃砖
C．入射角不要过大，也不要过小
D．P3和P4两针的距离要适当远一点
E．玻璃砖的前后两个侧面务必平行
（2）本实验采用先画入射光线，再插上P1和P2两针，因入射光线已经画好，故只要P1和P2两针插得准、插得直就可以，对两针距离远近没有要求，这个说法是___________的。（填“正确”或“错误”）
（3）某同学在插P4这枚针的时候不小心插得偏右的了一点，此操作会导致折射率的测量值___________。（填“偏大”、“不变”或“偏小”）
【方法总结】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、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.
【知识点二】实验：用双缝干涉测光的波长
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，图样中相邻两条亮（暗）条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝eq \f(d,l)Δx.
2.实验过程
（1）观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏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，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）测定单色光的波长
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央，记下此时手轮上的读数，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另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第n条亮条纹.
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，双缝到屏的距离l，重复测量.
3.数据处理
（1）条纹间距Δx＝eq \f(an－a1,n－1).
（2）波长λ＝eq \f(d,l)Δx.
（3）计算多组数据，求λ的平均值.
4.注意事项
（1）安装时，注意调节光源、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）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所致；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行所致.
【例2】（2022·北京·高三开学考试）如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中：
（1）在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤色片、③_________、④_________、⑤遮光筒、⑥光屏（含测量头）。
（2）利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是（ ）
A．将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄
B．将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变宽
C．将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变宽
D．换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄
E．去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失
（3）在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹记为第1条亮纹，此时手轮上的示数如左图所示。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，此时手轮上的示数如右图所示，则此示数为_________mm，由此可求得相邻亮纹的间距 SKIPIF 1 < 0 为_________mm。
（4）已知双缝间距d为 SKIPIF 1 < 0 ，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式 SKIPIF 1 < 0 _________，求得所测红光波长为_________nm。
【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学实验。
【变式训练2】（2022·广东·高三开学考试）某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其实验装置如图所示。
（1）为测量该单色光的干涉条纹宽度，各仪器安装位置如图所示，图中A为滤光片，B为__________（填“单缝”或“双缝”），C为__________（填“单缝”或“双缝”）。
（2）在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时：
①观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝__________（填“垂直”或“平行”），从而使条纹变得清晰。
②要想增加从目镜中观察到的条纹个数，需将毛玻璃屏向__________（填“靠近”或“远离”）双缝的方向移动。
（3）下列图示中条纹间距表示正确是__________（填正确答案标号）。
A．B．
C．D．
（4）在实验前已获知的数据有双缝间的距离d和双缝与毛玻璃屏之间的距离L，通过测量头观察到第N1条亮条纹的读数为Y1，观察到第N2条亮条纹的读数为Y2，请写出计算该单色光波长的表达式 SKIPIF 1 < 0 =_________。
【方法总结】
1.数据处理
（1）条纹间距Δx＝eq \f(an－a1,n－1).
（2）波长λ＝eq \f(d,l)Δx.
（3）计算多组数据，求λ的平均值.
2.注意事项
（1）安装时，注意调节光源、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）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所致；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行所致.
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