2026年高考物理一轮复习精讲精练第69讲光学实验(讲义)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮复习精讲精练第69讲光学实验(讲义)(学生版+解析)，共9页。

考点一 实验：测量玻璃的折射率
基础过关
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 θ1sin θ2或n＝PNQN'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、P2的像，再插上P4，使P4挡住P1、P2的像和P3。
(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 θ1sin 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 θ1sin 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＝EHOE，sin θ2＝E'H'OE'，OE＝OE'＝R，则n＝sin θ1sin θ2＝EHE'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°)。
(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）。
【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。
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 。
【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。
(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”）。
【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
【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”)。
考点二 实验：用双缝干涉测量光的波长
基础过关
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＝dlΔx。
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−a1n−1。
(2)波长λ＝dlΔx。
(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＝an−1，同样可以多测几次求平均值，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）。
【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___________。
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”）。
【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
【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。
【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，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
核心考点
TOC \ "1-3" \h \z \u \l "_Tc19169" 考点一 实验：测量玻璃的折射率 PAGEREF _Tc19169 \h 1
\l "_Tc6400" 考点二 实验：用双缝干涉测量光的波长 PAGEREF _Tc6400 \h 9