高中物理微专题-实验十五 光学实验部分对点训练

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1．在“测定玻璃的折射率”的实验中，实验小组在白纸上放好玻璃砖MNPQ，画出玻璃砖与空气的两个界面aa'和bb'（如图）,在玻璃砖的一侧插上大头针Pl。
（1）接下来他们要完成的步骤可以是
A. 在玻璃砖的另一侧插上大头针P2，使P2挡住P1的像，撤去玻璃砖，拔出大头针，描绘出光路图
B. 在玻璃砖的另一侧插上大头针P2和P3，使P2、P3均能挡住P1的像，撤去玻璃砖，拔出大头针，描绘出光路图
C. 在P1的同侧插上大头针P2，在玻璃砖的另一侧插上大头针P3，使P3能同时挡住P1和P2的像，撤去玻璃砖，拔出大头针，描绘出光路图
D. 在P1的同侧插上大头针P2，在玻璃砖的另一侧插上大头针P3和P4，使P3能同时挡住P1和P2的像，使P4能同时挡住P3以及P1和P2的像，撤去玻璃砖，拔出大头针，描绘出光路图
（2）某次实验中，实验小组一直无法透过玻璃砖看到另一侧的两枚大头针重叠在一起，这可能是因为
A. 沿两枚大头针的光线没能射入玻璃砖
B. 沿两枚大头针的光线在进入玻璃砖之后直接从MP或NQ侧面射出了
C. 沿两枚大头针的光线在玻璃砖aa'或bb'界面发生了全反射
（3）实验小组内的三位学生在实验中
①第一位学生在纸上正确画出了玻璃砖的两个折射面aa′和bb′。因不慎碰动了玻璃砖，使它向aa′方向平移了一点（如图1所示），以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
②第二位学生为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的aa′和bb′都比实际的折射面向外侧平移了一些（如图2所示）以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
③第三位学生的操作和所画的光路图都正确无误，只是所用的玻璃砖的两个折射面不平行（如图3所示）。用这块玻璃砖测出的折射率n的值将 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
（4）另一实验小组的甲、乙、丙、丁四位同学实验中得到如图所示的插针结果，由图可知
①从图上看，肯定把针插错了的同学是 。
②从图上看，测量结果准确度最高的同学是 。
2．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），单缝保持竖直方向，并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作。
(1)组装仪器时，单缝和双缝的空间关系应该为 。
A.a代表单缝，b代表双缝
B.a代表双缝，b代表单缝
C.二者相互垂直放置
D.二者相互平行放置
(2)将红色滤光片改为绿色滤光片，其他实验条件不变，在目镜中仍可看见清晰的条纹，则 。
A.条纹为竖条纹 B.条纹为横条纹
C.与红光相比条纹间距变窄 D.与红光相比条纹间距变宽
(3)经计算可得两个相邻明纹（或暗纹）间的距离为Δx，则这种色光的波长表达式为λ= （用题中所给字母表示）。
［模拟训练］
（2020·福建省厦门市五月模拟）
3．如图所示，在“测定玻璃砖折射率”的实验中，下列说法正确的是_________。
A．用手拿起玻璃砖时，应拿“光学面”
B．使用玻璃砖的BC、CD两个侧面，加以合理操作，也可测得折射率
C．标记入射光线的大头针P1、P2之间的距离应适当大些
D．在插针的过程中，大头针P3应挡住P1、P2
E．在测量数据时，仅用毫米刻度尺也能获得计算折射率所需要的全部数据
（2020·湖北武汉高三质量监测）
4．洛埃德（H.Llyd）在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置．如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹．单缝S通过平面镜成的像是S′．
（i）通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致．如果S被视为其中的一个缝， 相当于另一个“缝”；
（ii）实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时，在入射角接近90°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，接触点P处是 （填写“亮条纹”或“暗条纹”）；
（iii）实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0. 15 mm，单缝到光屏的距离D= 1．2m，观测到第3个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长 m（结果保留3位有效数字）．
（2020·湖南四校联考）
5．如图甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉仪按要求安装在光具座上，已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d。
①调节仪器使分划板的中心刻度对准一条亮条纹的中心A，示数如图乙所示，其读数为x1= mm。移动手轮至另一条亮条纹的中心B，读出其读数为x2.
②写出计算波长的表达式λ= （用x1、x2、L、d表示）。
③若将滤光片由绿色换成红色，其他条件不变，则屏上干涉条纹的间距将 （填“增大”“减小”或“不变”）。
（2021·浙江绍兴模拟）
6．（1）用“插针法”测定玻璃的折射率，如图丙所示，玻璃砖4个光学面A、B、C、D。其中A、C两面相互平行，实验中对于入射面和出射面的选择，下列说法正确的是
A.只能选用A、C两面
B.不能选用C、D丙
C.既可以选用A、C两面，也可以选用A、B两面
（2）在完成“测定玻璃的折射率”的实验后，同学们对“插针法”的适用范围进行了讨论，玻璃砖的形状如图丁所示，下列说法正确的是
A.“插针法”只能用于测梯形玻璃砖的折射率
B.“插针法”只能用于测梯形玻璃砖和三角形玻璃砖的折射率
C.测梯形玻璃砖、三角形玻璃砖和半圆形玻璃砖的折射率均可用“插针法”
（2021年·宁夏模拟）
7．如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，现要利用这套装置来测量某种单色光的波长。
（1）图甲装置示意图中有三个光学元件的名称空缺，关于它们的说法正确的是 。
A．①是双缝，②是单缝，③是滤光片
B．①是单缝，②是滤光片，③是双缝
C．①是滤光片，②是单缝，③是双缝
（2）用20分度的游标卡尺测量双缝间距如图乙所示，双缝间距d＝ mm。
（3）图丙为实验得到的干涉条纹，用测量头测出了第1条和第6条亮纹中心间的距离为Δx，已知双缝到光屏的距离为l，则所测单色光波长的计算式为λ＝ （用题中所给的字母表示）。
（2022·福建模拟）
8．寒假期间小明利用图甲所示生活中的物品，测量了某型号刀片的厚度。
实验过程如下：
（1）点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑；
（2）并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕；
（3）如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。
（4）打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上。
（5）观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为 cm，则两相邻暗纹中心之间的距离△y= cm。
（6）测量玻璃片到光屏的距离L=3.00m，已知该红色激光的波长λ=700nm，利用公式求出双划痕间距d= mm，即为刀片厚度（结果保留两位有效数字）。
对接高考
（2019·全国卷Ⅱ）
9．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）。
（2021·浙江高考）
10．图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:
①观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是 。(单选）
A.旋转测量头 B.增大单缝与双缝间的距离 C.调节拨杆使单缝与双缝平行
②要增大观察到的条纹间距，正确的做法是 (单选）
A.减小单缝与光源间的距离 B.减小单缝与双缝间的距离
C.增大透镜与单缝间的距离 D.增大双缝与测量头间的距离
参考答案：
1． D AB 不变 偏小 不变 甲乙 丁
【详解】（1）[1]根据实验的原理，连接P1、P2表示入射光线连接P3、P4表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的交点即为折射光线。实验的过程中，要先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，故D正确，ABC错误。
故选D。
（2）[2]无法透过玻璃砖看到另一侧的两枚大头针重叠在一起，可能是沿两枚大头针的光线没能射入玻璃砖，也可能是沿两枚大头针的光线在进入玻璃砖之后直接从MP或NQ侧面射出了，因为全反射需要光线从光密介质进入到光疏介质，所以光线不可能在玻璃砖aa'界面发生了全反射，故AB正确，C错误。
故选AB。
（3）[3]如下图1可知，第一位学生的作画结果中，光线的入射角和折射角测量准确，所以折射率n的值不变。
[4]如下图2可知，第二位学生的作画结果中，光线的入射角测量准确，折射角测量偏大，所以折射率n的值偏小。
[5]如下图3可知，第三位学生的作画结果中，光线的入射角和折射角测量准确，所以折射率n的值不变。
（4）[6]甲同学的图中P1、P2连线与玻璃砖的交点和P3、P4连线与玻璃砖的交点的连线与玻璃面垂直，所以肯定是把针插错了。乙同学的图中P1、P2、P3、P4的连线在同一直线上，所以肯定是把针插错了。
[7]丁同学P1、P2之间的距离和P3、P4之间的距离较大，误差较小，所以测量结果准确度最高。
2． AD AC
【详解】(1)[1]AB．双缝的光来自于同一个单缝，因此单缝a距离光源更近，A正确，B错误；
CD．双缝与单缝应该平行放置，才能观察到双缝干涉实验，C错误，D正确。
故选AD。
(2)[2] AB．由于单缝保持竖直，条纹的方向与单缝平行，因此条纹竖直，A正确，B错误；
CD．由于绿光的波长比红光的短，因此干涉条纹间距比红光的窄，C正确，D错误。
故选AC。
(3)[3]根据两个相邻的明纹间（或暗纹）间距为
可得波长表达式
3．BCE
【详解】A．用手拿起玻璃砖时，不能用手摸“光学面”，A错误；
B．使用玻璃砖的BC、CD两个侧面，用同样的方法，确定入射光线和折射光线，同样也能测得折射率，B正确；
C．标记入射光线的大头针P1、P2之间的距离应适当大些，这样确定入射光线的方向更准确，C正确；
D．在插针的过程中，大头针P3应挡住P1、P2的像，D错误；
E．在测量数据时，仅用毫米刻度尺，根据三角形的边角关系，也能测出正弦值从而确定折射率，E正确。
故选BCE。
4． S经平面镜成的像S′ 暗条纹 6.33×10-7
【详解】（i）[1]根据图可知，如果S被视为其中的一个缝，S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”.
（ii）[2]根据题意可知，把光屏移动到和平面镜接触，光线经过平面镜反射后将会有半波损失，因此接触点P处是暗条纹.
（iii）[3]条纹间距为
根据
代入数据解得：
5． 19. 4 增大
【详解】①[1]由图乙所示可知，游标卡尺示数为：19mm+4×0.1mm=19.4mm；
②[2]由双缝干涉条纹公式有：
，
而
，
联立可得：
；
③[3]由绿色换成红色，波长增大，其他条件不变，由双缝干涉条纹公式可知，屏上干涉条纹的间距将增大。
6． C C
【详解】（1）[1]根据插针法测玻璃砖折射率的实验原理和实验步骤可知，实验时可以用A、C两面、或用C、D两面、或用A、B两面进行实验。故选C。
（2）[2]只要操作正确，任何形状的玻璃砖均可用“插针法”测量折射率。故选C。
7． C 2.05
【详解】（1）[1]为获取单色线光源，光源后面要有滤光片、单缝、双缝，则①是滤光片，②是单缝，③是双缝，故选C。
（2）[2]游标卡尺读数为
（3）[3]相邻两亮条纹间距为，由干涉条纹与波长间的关系可知
得
8． 10.50 2.1 0.10
【详解】(5)[1]用刻度尺测出a、b两点间的距离为10.50cm
[2]两相邻暗纹中心之间的距离为
[6]刀片的厚度为
解得
9． B 630
【详解】（1）[1]相邻两亮（暗）干涉条纹的Δx=，要增加观察到的条纹数，即Δx越小，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，或使用间距更大的双缝，故A、C、D错误，B正确；
（2）[2]由
得
（3）[3]所测单色光的波长
10． C D
【详解】①[1]若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行。
故选C。
②[2]根据
可知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l，减小双缝的间距d；
故选D。