专题25 光学实验 课件-2026年高考物理二轮复习优质课件（全国通用）

这是一份专题25 光学实验 课件-2026年高考物理二轮复习优质课件（全国通用），共36页。
[2024河北,11(1)]某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长,实验装置如图所示,其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。 该同学调整好实验装置后,分别用红色、绿色滤光片,对干涉条纹进行测量,并记录第一条和第六条亮 纹中心位置对应的游标尺读数,如表所示:
真题试练3:用双缝干涉实验测量光的波长
根据表中数据,判断单色光1为　　　　(填“红光”或“绿光”)。
解析　根据双缝干涉条纹间距公式Δx= λ可知,在其他条件不变时,波长越长,条纹间距越宽,红光的波长更长,由题表中数据可知单色光1条纹间距较窄,故单色光1为绿光。
探究1　拓展设问①设问1:实验中,凸透镜的作用是什么?②设问2:若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可进行何种操作?③设问3:实验中若发现亮条纹中心与分划板中心刻线未对齐,该同学可进行何种操作? ④设问4:某次测量时,选用的双缝的间距为0.30 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,分划板中心刻线 与第1条亮纹中心对齐时读数为21.75 mm,转动手轮,分划板中心刻线与第4条亮纹中心对齐时读数如图 所示,则读数为　　　　mm。所测单色光的波长为　　　　m(结果保留2位有效数字)。
答案　①凸透镜对光有会聚作用,可使射向单缝的光更集中。②根据相邻两条亮条纹或相邻两条暗条纹的中心间距公式Δx= λ可知,若想增加目镜中观察到的条纹个数,则可减小Δx,即将屏向靠近双缝的方向移动或使用间距更大的双缝。③可旋转测量头。④由题图可知,读数为29 mm+0.05 mm×6=29.30 mm。根据Δx= λ,代入数据得λ≈6.3×10-7 m。
探究2　图像表征该同学又使用同一套光传感器和双缝干涉设备,分别使用甲、乙两种单色光完成实验,对应得到光强的 分布图像如甲图和乙图所示,则甲光的波长　　　　　(填“大于”或“小于”)乙光的波长。 
答案　由题图可知,甲图中相邻亮条纹中心间距小于乙图中相邻亮条纹中心间距,根据Δx= λ,可知甲光的波长小于乙光的波长。
1.情境变异·双缝干涉→平面镜反射　(多选)如图所示,某兴趣小组用洛埃境实验的基本装置 测量光的波长,S为垂直于纸面的单色线光源,M为平面镜。S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的 光屏上,一部分通过平面镜反射后再入射到光屏上,光屏上会出现明暗相间的条纹,已知S到平面镜的距 离d=0.15 mm,S到光屏的距离l=1.2 m。观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm。则(　 　) A.平面镜水平向左移动少许,光屏上相邻两条亮条纹间距将变小
B.平面镜竖直向下移动少许,光屏上相邻两条亮条纹间距将变小C.该单色光的波长约为6.33×10-7 mD.该单色光的波长约为5.83×10-7 m
解析　作出光源S在平面镜中的像S',则光源到屏的距离可以看作双缝到屏的距离,光源S与平面镜中虚 像S'的间距即双缝的间距,根据双缝干涉条纹间距公式可得Δx= λ,平面镜水平向左移动少许,双缝到屏的距离、双缝的间距均不变,光屏上相邻两条亮条纹间距不变;平面镜竖直向下移动少许,双缝的间 距增大,光屏上相邻两条亮条纹间距将变小,A错误,B正确。双缝干涉相邻两条亮条纹间距为Δx=  mm,根据双缝干涉条纹间距公式可得Δx= λ,联立解得该单色光的波长λ约为6.33×10-7 m,C正确,D错误。
2.情境变异·干涉条纹→光谱谱线　保持双缝间的距离不变,如图所示为巴耳末系在可见光区 的四条谱线,用其中的Hβ、Hγ进行实验,四条谱线的波长λ满足 =R∞ (n=3,4,5,6,其中n=3对应Hα),形成的干涉图样中,相邻两条亮纹间的距离较小的谱线是　　　　(填“Hβ”或“Hγ”)。 
解析　根据Δx= λ可知,波长越短,相邻两条亮条纹间距越小,由于Hγ的波长小于Hβ的波长,故相邻两条亮纹间的距离较小的谱线是Hγ。
(2024安徽,11,6分)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。
真题试练4:测量玻璃的折射率
(1)为测量玻璃的折射率,按图甲所示进行实验,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a'
B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2把P1挡住,这样就可以 确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、P2都挡住,再插上大头针P4,使它把 P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点O2C.实验时入射角θ1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,用同一束激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α1,测得折射角分别为α2、α3(α2”或“
解析　(1)在白纸上画出一条直线a作为界面,把长方体玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边与a对齐,用 直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动,将玻璃砖取下,画出直线a'代表玻璃 砖的另一边,而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a',A错误,B正确;为了减小实 验误差,实验时应使入射角θ1尽量大一些,C错误。(2)由题图乙可知,入射角相同,绿光的折射角小于红光的折射角,根据光的折射定律n= ,可知绿光的折射率大于红光的折射率,又因为绿光的频率大于红光的频率,所以频率大,折射率大。(3)根据折射定律可知,玻璃的折射率为n玻璃= ,该介质的折射率为n介质= ,其中α2n介质。
　 探究1　拓展设问①设问1:为减小作图误差,P3、P4间的距离应适当大一些还是小一些?②设问2:如果有宽度不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度大一些还是小一些的玻璃 砖来测量?③设问3:甲、乙两位同学分别在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系如图甲、乙所示,其中甲 同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖,他们的其他操作均正确,且均以aa'、bb'为界面画光 路图。则: 　 
甲同学测得的折射率与真实值相比　　　　,乙同学测得的折射率与真实值相比　　　　。(均填“偏 大”“偏小”或“一样大”)
答案　①为减小作图误差,P3、P4间的距离应适当大一些。②为减小折射角的测量误差,应使折射光线适当长一些,故应选宽度大一些的玻璃砖来测量。③由所画光路图可知,甲同学测得的折射角比真实的折射角大,根据n= 可知,折射率与真实值相比偏小。乙同学所用梯形玻璃砖上、下表面与aa'、bb'完全重合,所画光路与真实光路相同,则测得的折 射率与真实值相比一样大。 
探究2　图像表征某同学测定一块玻璃的折射率,他用测得的多组入射角θ1与折射角θ2作出sin θ1-sin θ2图像,如图所示。下 列说法正确的是 (　　　)
A.由图像可推断入射角与折射角成正比B.该实验研究的是光从玻璃射入空气的折射现象C.该玻璃的折射率为0.67D.光从该玻璃以60°入射角射入空气时会发生全反射
解析　由题图可推断入射角正弦值与折射角正弦值成正比,A错误;由题图知,入射角比折射角大,光线 应是从空气射入玻璃,B错误;图线的斜率k表示玻璃折射率,由题图得折射率n= ≈1.5,C错误;设光从该玻璃射入空气时发生全反射的临界角为C,由n= 得sin C=0.67,因为sin 60°= >0.67,所以光从该玻璃以60°入射角射入空气时会发生全反射,D正确。
1.考向变异·角度→距离　(2023海南,14,6分)如图所示,在用激光测玻璃砖折射率的实验中,玻 璃砖与光屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一定角度照射,此时在光屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖, 光点移到S2处。 (1)请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图;(2)已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则折射率n=　　　　(用l1、l2、l3表示);(3)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验,则S1、S2间的距离会　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。
解析　(1)光线穿过平行玻璃砖的出射光线和入射光线平行,过S1作BS2的平行线,交ad于C点,连接OC,光 路图如图所示。 (2)设入射角为i,折射角为γ,根据几何关系可知,入射角的正弦值sin i= ,折射角的正弦值sin γ=
答案　(1)见解析图　(2) 　(3)变小
 ,根据折射定律有n= = 。(3)若玻璃砖的宽度变小,ad边与两条光线的交点距离变小,即BC变小,则S1、S2间的距离也会变小。
2.情境变异·玻璃→液体　某研究小组的同学根据所学的光学知识测量液体折射率。 　 (1)取一个圆形的薄板(忽略厚度),用游标卡尺测其直径d的示数如图甲所示,则d=　　　　mm;(2)在薄板的圆心处竖直插上一根大头针,让薄板浮在液面上(如图乙所示);(3)调整大头针插入薄板的深度,使它浸在液体里的长度为h,这时从液面上方的各个方向都恰好看不到 大头针;(4)所测液体的折射率可表示为　　　(用符号d和h表示)。
答案　(1)50.20　(4) 
解析　(1)20分度游标卡尺的精确度为0.05 mm,由题图甲可知薄板直径为d=50 mm+4×0.05 mm=50.20 mm(4)由于从液面上方的各个方向都恰好看不到大头针,表明恰好发生全反射,光路图如图所示根据几何关系有sin C= 
又sin C= 联立解得折射率为n= 
　 累积法在测量微小量的时候,我们常常将微小的量累积成一个比较大的量进行测量,进而减小测量误差。例 如,在“用双缝干涉测量光的波长”实验中并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx,而是先测量第1个和 第n个亮条纹的间距再求出Δx;在“用单摆测重力加速度”的实验中单摆周期的测量也用到该方法。
　 考查形式　高考对于热学实验、光学实验的考查主要有用油膜法估测油酸分子的大小、探究等温情况下一定质 量气体压强与体积的关系、用双缝干涉实验测量光的波长、测量玻璃的折射率,大多数以实验题和选 择题形式进行考查。思维核心　实验的研究要注重实验的目的、原理、方法、器材、步骤、数据处理、误差分析等。对于实验数据 结合图像的处理方法,要有线性化数据处理思路;对于一些物理量的测量,要有转化思想,例如测量面积 用数格子的方法、测量压强用物体的重力替代等。
1.(2024广西,9,6分)(多选)如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射 到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S 到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a≪l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是 (　 　)A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为 λ
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为 λC.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,此时单色光的波长变为nλD.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率 为 λ
解析　根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a,根据相邻两条亮(暗)条纹间距公式 可知Δx'= λ= λ,A正确,B错误;整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,光的频率f不变,根据λf=c,v=fλ1= (其中c为真空中的光速),可得λ1= ,C错误;整套装置完全浸入某种透明溶液中,设该溶液的折射率为n',光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,有Δx= λ2,可得该单色光在该透明溶液中的波长λ2= ,又λ2= ,解得n'= λ,D正确。 
2.(2024湖北,11,7分)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AA'和BB',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA', 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MM'、PP',M'、P'是垂足,并用刻度尺分别测量MM'、PP'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y-x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y-x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”)。
解析　(1)入射角太小,会导致折射角太小,测量的误差会变大,A错误;与插针法测量相比,激光的平行度 好,能更准确地确定入射光线和折射光线,从而更有利于减小误差,B正确;选择圆心O点作为入射点,是 因为便于计算,并不是因为此处的折射现象最明显,C错误。(2)设半圆柱体玻璃砖的半径为R,根据几何关系可得入射角的正弦值为sin i= ,折射角的正弦值为sin r= ,折射率n= = ,可知y-x图线的斜率大小等于折射率,即n= ≈1.58。(3)根据(2)中数据处理方法可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R,所以描画的轮廓线半径较 大对实验结果没有影响,则折射率的测量结果不变。
答案　(1)B　(2)1.58(1.56~1.60均可)　(3)不变
3.油酸可以在水面形成单分子油膜。实验小组利用这一原理测定油酸的分子直径(将油酸分子视为球 状模型)。(1)实验步骤:①向体积为V1的纯油酸中加入酒精,直到油酸酒精溶液总体积为V2;②用注射器吸取油酸酒精溶液,一滴一滴地滴入小量筒,当滴入n滴时体积为V0;③往方口浅盘里倒入适当深度的水;④往水面上均匀撒上薄薄的一层爽身粉,然后用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,等油膜形状稳定 后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描出油膜的轮廓;⑤将画有油膜轮廓的玻璃板放在画有边长为a的正方形小方格的坐标纸上;⑥数出轮廓范围内小方格的总数为N。(2)实验误差分析:油膜未充分散开时描下轮廓,则所测分子直径　　　　(填“偏大”或“偏小”);测量
油酸酒精溶液体积时,量筒读数造成的误差属于　　　　(填“偶然误差”或“系统误差”)。(3)原理:由上述实验步骤测得的数据(V1、V2、n、V0、a、N)可得油酸分子直径的表达式为d=　　　 　。(4)估算:实验室的方形浅盘规格为40 cm×40 cm,用注射器滴出的一滴油酸酒精溶液的体积约为0.02 mL,油酸分子的直径按6×10-10 m估算,为使实验尽可能精确,配制的油酸酒精溶液浓度 应选　　　(填选项序号)。A. 　　　　　　B. 
答案　(2)偏大　偶然误差　(3) 　(4)B
解析　(2)油膜未充分散开时描下轮廓,导致面积的测量值偏小,所以直径测量值偏大;读数造成的误差 为偶然误差。(3)根据d= ,V= × ,S=Na2,可得d= 。(4)由题给数据计算轮廓面积,若选B,则S=  m2≈667 cm2。若选A,则S≈1 667 cm2,因方形浅盘的面积为1 600 cm2,需要油膜完整呈现,B正确。
4.某同学利用如图甲所示装置做“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”的实验。 步骤如下:①用一个带两根细管的橡胶塞塞紧烧瓶的瓶口,封闭一定质量的气体。其中,一根带阀门的细管连通充
有一定量水的注射器,另一根细管与压强传感器相连。②将压强传感器连接数据采集器,数据采集器连接计算机。③打开阀门,缓慢推动注射器活塞向烧瓶内注入一定量的水,然后关闭阀门。④根据注射器刻度记录注入烧瓶中水的体积V,并记录此时瓶内气体的压强p。⑤多次实验,记录多组数据,分析得出结论。(1)正确进行实验后,该同学根据实验数据画出的图像如图乙所示,其中的纵坐标为　　　(选填“V”或 “ ”),烧瓶的容积V0为　　　(用图中字母表示)。(2)另一同学重复实验,计算了多组p与(V0-V)的乘积,发现p(V0-V)随压强p增大而变小,导致这个现象的原 因可能为　　　。(写出一个原因即可)
答案　(1)V　n　(2)烧瓶密封不严,有漏气
解析　(1)烧瓶内气体等温变化,由玻意耳定律有p(V0-V)=C解得V=V0- C所以题图乙的纵坐标是V,纵截距为烧瓶的体积,则有V0=n(2)p与(V0-V)的乘积与物质的量及气体温度有关,实验中发现p与(V0-V)的乘积变小,由于烧瓶内气体温 度不变,则有可能是实验过程中烧瓶密封不严,由漏气导致的。