第62讲 光学实验（练习）（原卷版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

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【题型一】实验一：测量玻璃砖的折射率
1．某同学利用等腰直角玻璃砖测玻璃的折射率。主要步骤如下：
①将白纸平铺在木板上，在白纸上画直线MN，将玻璃砖底边与MN重合，在纸上标记玻璃砖顶点a；
②将大头针竖直插在合适的位置，再移动大头针，用视线观察，在挡住和玻璃砖顶点a处竖直插入；
③移走玻璃砖和大头针，过作直线交MN于O点，用圆规以O为圆心、以Oa为半径画圆，交于b点，如图。
请接着完成后续实验步骤，算出玻璃的折射率n。
(1)在图中画出所需的辅助线，并标注相应的字母。
(2)玻璃折射率的计算公式为： 。（用相应字母符号表示）
(3)请提出一条减少实验误差的方案： 。
2．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”）
3．某小组用“插针法”测平行玻璃砖的折射率，如图已确定好入射方向，AO与玻璃砖界面aa′的夹角为α，插了两枚大头针P1和P2，1、2、3、4分别是四条直线。
(1)在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在 线上（选填：“1”“2”“3”或“4”）；
(2)实验中画出入射点与出射点的连线，并测得连线与玻璃砖界面aa′的夹角为β，则玻璃砖的折射率n＝ ；
(3)若描出玻璃砖两边界线aa′、bb′后，不小心将玻璃砖沿OA方向平移了一些再进行实验，则折射率的测量值将 （选填“偏大”“不变”或“偏小”）。
4．如图甲所示，某同学通过实验测定半径为R的半圆柱形玻璃砖的折射率n，实验步骤如下：（ ）
a．把玻璃砖放到白纸上，使其直径与AB边重合，圆心与O点重合
b．取走玻璃砖，画出入射光线和出射光线延长线的交点与圆心O的连线
c．在水平放置的木板上铺一张白纸，用图钉固定
d．计算每次入射角和折射角的正弦值，建立直角坐标系，作出sini-sinr的关系图线，如图乙所示
e．用激光沿平行于OC方向射向直径面上的D点，用插针法确定出射光线通过直线OC上的F点
f．改变激光入射点D的位置，重复实验
g．用刻度值和铅笔画一条直线AB，再在合适的位置做AB的垂线OC，相交于O点
(1)实验步骤的正确顺序为 。
(2)该半圆柱形玻璃砖的折射率n= 。
(3)O、D两点之间的距离L与半径R的比值 时，恰好没有光线从球面射出。
5．某实验小组要测量一半圆形玻璃砖的折射率。他们先在平铺的白纸上画出半圆形玻璃砖的直径ab和圆心O，过O点画法线，并画出一条入射光线cO，cO与法线的夹角为30°。将半圆形玻璃砖沿着直径放好，紧贴b点放置与法线平行的光屏，如图1所示。现用一红色激光笔沿着cO方向射入一束光，在光屏上的P点出现一个光斑。用刻度尺测出玻璃砖的半径为R，。
(1)玻璃砖的折射率 ；（结果用分数表示）
(2)若实验过程中，实验小组的同学不小心将玻璃砖向左下方平移，但入射光线仍能通过玻璃砖的圆心，如图2所示。在光屏上出现一个光斑，小组同学将此光斑仍记作P点，并在白纸上连接O、P两点作为出射光线，则此时测得的折射率 （选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。
【题型二】实验二：用双缝干涉测量光的波长
6．现有毛玻璃屏A、双缝、白光光源C、单缝和透红光的滤光片等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
(1)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还注意单缝、双缝应 。
(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示，记下此时图甲手轮上的示数为 mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙手轮上的示数为 mm，求得相邻亮条纹的间距Δx = mm。
(3)已知双缝间距d为2.0 × 10−4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，则所测红光波长为 nm。
7．在“用双缝干涉测光的波长”实验中（实验装置如图所示）：
(1)关于观察到的现象，下列说法正确的是（ ）
A．观察到白光的干涉图样是：可以看到彩色的干涉条纹，中央为一条白亮的零级干涉条纹；彩色条纹的排列，以零级亮条纹为中心左右对称，在第一级亮条纹中紫色在最外侧
B．看到白光的干涉条纹后，在单缝前面放上红色或绿色滤光片，即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹，且红条纹的间距比绿条纹的间距大
(2)用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离d的大小恰好是图中游标卡尺的读数为0.25mm，如图丁所示；双缝到毛玻璃间的距离的大小由图中的毫米刻度尺读出为748.8mm，如图丙所示；实验时先移动测量头（如图甲所示）上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条亮条纹（如图乙所示），并记下螺旋测微器的读数x1（如图戊所示），然后转动手轮，把分划线向右移动，直到对准第7条亮条纹并记下螺旋测微器的读数x2（如图己所示），由以上测量数据求得该单色光的波长为 m。
8．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图1所示。双缝间距为d，毛玻璃光屏与双缝间的距离为L。从目镜中看到的干涉图样如图2所示，若A、B两条亮纹中央间距为x，则所测光的波长为 。（用所给物理量的字母表示）使分划板的中心刻线对齐A亮条纹的中心，此时游标卡尺上的示数情况如图3所示，其读数为 mm。
9．在“用双缝干涉测光的波长”实验中（实验装置如图1所示）：
(1)装置图中的甲、乙、丙分别是____。
A．滤色片、单缝和双缝B．双缝、单缝和滤色片
C．单缝、双缝和滤色片D．双缝、滤色片和双缝
(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图2所示，其示数为 mm。
(3)如果双缝间距是d，双缝到屏的距离是L，第1条亮纹中心到第6条亮纹中心的间距是x，则光波波长的测量值为 （用x、d、L表示）。
10．在用“双缝干涉测量光的波长”的实验中，装置如图所示：
(1)双缝装置是图中的 （选填“A”或“B”）。
(2)某同学在观察时发现条纹比较模糊，可以通过调节 装置（填装置名称）。
(3)甲、乙两同学通过目镜，分别看到如图所示的甲、乙两种情形。由于条纹清晰，他们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，测量得到的波长准确的是 （选填“甲”或“乙”）。
11．（1）小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，他认为除了量角器外还缺少一种器材，请你写出所缺器材的名称： 。老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，透过玻璃砖观察，调整视线方向，插上第四枚大头针P4应使其遮挡住 。

（2）为取得较好的实验效果，下列操作正确的是 。
A．必须选用上下表面平行的玻璃砖
B．选择的入射角应尽量小些
C．大头针应垂直地插在纸面上
D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些
（3）小朱同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，用圆规以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线分别交于B点和D点，如图丙所示，若他测得AB=7.5cm，CD=5cm，则可求出玻璃的折射率n= 。
12．（1）“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa′和bb′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P1和P2，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P3和P4。在插P3和P4时，应使 （选填选项前的字母）。

A．P3只挡住P1的像 B．P4只挡住P2的像 C． P3同时挡住P1、P2的像
（2）为了减小实验误差，实验时应注意的是 。
A．入射角应尽量小些 B．玻璃砖的宽度宜小一些
C．大头针应垂直插在纸面上 D．大头针P1、P2之间的距离及大头针P3、P4之间的距离应适当大些
（3）某同学在画界面时，不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如下图所示，则他测得的折射率与真实值相比 （选填“偏大”、“偏小”、“不变”或“无法确定”）。

（4）某研究小组设计了一个测量液体折射率的仪器。如图所示，在一个圆盘上，过其圆心O做两条互相垂直的直径BC、EF。在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使水平液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像。通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值。

①图中M、N两位置对应的折射率大小关系为nM nN（填写“大于”、“等于”或者“小于”）
②若∠AOF=30°，则该仪器能够测量液体折射率的大小范围是 。
③沿KMNC，折射率刻度的特点是 （填写“刻度均匀”、”越来越密”或者“越来越疏”）
13．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。O为直线AO与的交点。在直线OA上竖直地插上、两枚大头针。
（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n＝ 。
（3）如图所示，该同学在实验中将玻璃砖界面和的间距画得过宽。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”）。
（4）另一位同学准确地画好玻璃砖的界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图所示，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”）。
14．如图甲所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针和，再从镜的右侧观察和的像。
(1)下列正确的操作步骤是__________。
A．插上大头针，使仅挡住的像
B．插上大头针，使同时挡住、的像
C．插上大头针，使仅挡住
D．插上大头针，使同时挡住、的像和
(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针、的位置（图中已标出）。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条辅助线，如图乙、丙所示。能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图 选填（“乙”或“丙”，所测玻璃折射率的表达式 （用代表线段长度的字母ED、FG表示）。
(3)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置向右发生了微小的平移，底边BC仍重合，若仍以AB为分界面，则三棱镜玻璃材料折射率的测量值 真实值（选填“大于”“小于”或“等于”）。
15．某实验小组用插针法测量一梯形玻璃砖的折射率。其实验步骤如下：
①将玻璃砖平放在铺有白纸的木板上，在白纸上画出玻璃砖的四条边界ABCD；
②在边界AB边的外侧白纸上M处插上一根大头针，如图a所示。然后再在白纸上离第一根大头针一定的距离插第二根大头针。
③在BC边的外侧白纸上插第三根大头针，通过观察使它把第一、二根大头针的像都挡住，再插第四根大头针，使它把第一、二根大头针的像及第三根大头针都挡住。
④标记下四根大头针的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过第一、二根大头针位置作一条直线MP交AB于P点，过第三、四根大头针位置作一条直线交BC于Q点，连接PQ，如图b所示。
⑤用量角器量出MP、PQ与AB边的夹角大小，分别用、表示。
(1)为了提高测量的精度，插在白纸上的第一、二根大头针之间的距离及第三、四根大头针之间的距离___________（选填序号）；
A．必须相等B．越小越好C．适当大一些
(2)步骤③中眼睛观察的视界及方向应该是___________（选填序号）；
A．从上往下垂直玻璃砖平面俯视B．从BC边往AD边方向看
C．从BC边往AB边方向看D．从CD边往AB边方向看
(3)根据上述实验可得该玻璃的折射率 （用、表示）。
16．实验小组成员用双缝干涉实验装置测光的波长，装置如图甲所示，其中光源发出单色光。
（1）为保证实验顺利进行，A处应安装的光学仪器为 。
（2）实验时，若观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝平行，从而使条纹变得清晰。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）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，此时手轮上的示数为2.320mm；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第5条亮纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示，为 mm，求得相邻亮纹的间距x。已知双缝间距d2.0104m，测得双缝到屏的距离L=1.000m，求得所测单色光的波长为 m（结果保留2位有效数字）。
（4）下图为上述实验装置示意图。S为单缝，S1、S2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”）
17．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图所示。

（1）下列说法中正确的是( )
A．滤光片应置于单缝与双缝之间
B．拨杆的作用是为了调节缝的宽度
C．保持双缝位置不变，增大单缝与双缝间距，干涉条纹变密
D．保持双缝位置不变，增大双缝与毛玻璃屏间距，干涉条纹变疏
（2）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，此时手轮上螺旋测微器示数如图甲所示．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，记下此时图乙中手轮上的示数为 mm。
（3）设图甲、乙中螺旋测微器的读数分别为x1和x2。
①则两相邻亮条纹间距Δx= （用所给物理量的符号表示）。
②已知双缝间距为d，测得双缝到屏的距离为L，则所测光的波长λ= （用所给物理量的符号表示）。
（4）若将该实验装置全部浸入到某种绝缘透明均匀介质中做相同的实验，发现两相邻亮条纹中央之间的距离变为原来的一半，则该透明介质的折射率n= 。
18．（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甲中a和b所示，已知细丝Ⅰ的直径为，现用螺旋测微器测量细丝Ⅱ的直径，如图乙所示，细丝Ⅱ的直径为 ，图甲中的 （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丙所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为入的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。
①若S视为其中的一个缝，那么 相当于另一个“缝”；
②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 ；
③实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射，在入射角接近时，反射光与入射光相比，相位有的变化，即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，则接触点P处是 （选填“亮条纹”或“暗条纹”）；
④实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离，单缝到光屏的距离，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为，则该单色光的波长 m（结果保留三位有效数字）；
⑤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”或“不能”）观察到干涉条纹。
19．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置，用以测量红光的波长。
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右表示各光学元件的字母的排列顺序应为C、 、 、 、A；
(2)将激光束照在双缝上，在光屏上观察到的现象是图选项中的 ；
A． B． C． D．
(3)保持双缝到光屏的距离不变，换用间隙更小的双缝，在光屏上观察到的条纹间距将 ；保持双缝间隙不变，减小双缝到光屏的距离，在光屏上观察到的条纹间距将 ；（均选填“变宽”“变窄”或“不变”）
(4)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数 mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为 mm；
(5)已知双缝间距d为m，测得双缝到屏的距离L为0.700m，由计算式λ= ，求得所测红光波长为 mm。
20．如图所示，是用双缝干涉测量光的波长的实验装置。
(1)图中光具座上标注为①②③的仪器依次为______；
A．单缝、双缝、滤光片B．滤光片、单缝、双缝C．单缝、滤光片、双缝
(2)用图示实验装置观察双缝干涉图样，用的是红色滤光片，在毛玻璃屏上可以看到红色干涉条纹；若要增加从目镜中观察到的条纹个数，可以______；
A．仅将双缝与光屏之间的距离减小少许
B．仅将单缝与双缝间距增大少许
C．仅将双缝间的距离减小少许
(3)某次实验测得双缝间距，双缝与光屏间距离，用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图乙，分划板在A位置时游标卡尺读数为11.1mm，B位置时游标卡尺读数为15.6mm，单色光的波长为 m（结果保留2位有效数字）
目录
01 模拟基础练
【题型一】实验一：测量玻璃砖的折射率
【题型二】实验二：用双缝干涉测量光的波长
02 重难创新练