高中物理微专题-实验十五 光学实验部分考点复习训练

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考点一 测量玻璃的折射率
1．（1）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aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点。在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。下面关于该实验的说法正确的是 ；
A．插上大头针P3，使P3挡住P2和P1的像
B．插上大头针P4，使P4挡住P3、P2和P1的像
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大些
D．为减小测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好
E．若将该玻璃砖换为半圆形玻璃砖，仍可用此方法测玻璃的折射率
在“测玻璃的折射率”实验中∶
（2）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 。
（3）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
（4）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= 。
（5）某同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图所示，他的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则该同学测得的折射率测量值 真实值（填“大于、小于、等于”）
2．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aa'和bb'.O为直线AO与aa'的交点.在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针.
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有 ．
A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1的像和P2的像
C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3的像
D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)过P3、P4作直线交bb'于O',过O'作垂直于bb'的直线NN',连接OO'．测量图1中角α和β的大小,则玻璃砖的折射率n= .
(3)该同学在实验中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽．若其他操作正确,则折射率的测量值 (填“大于”、“小于”或“等于”)准确值.
考点二 测量折射率的创新方法
3．在“用插针法测玻璃砖折射率”的实验中，玻璃砖的边与边相互平行，边与边不平行，如图所示。
（1）实验中是否要求四枚大头针的针帽在同一视线上？ ；（填“是”或“否”）
（2）以入射点O为圆心，以为半径画圆，与入射光线交于M点，与折射光线的延长线交于F点，过点分别向法线作垂线，量得，则该玻璃砖的折射率 ；
（3）下列操作可以减小实验误差的是 。（填字母代号）
A．适当增大大头针的间距 B．选择玻璃砖相互平行的两边来测量
C．选用尽可能细的笔画线 D．使的入射角接近90°
（4）该同学突发其想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，插针、的连线垂直于AB面，若操作无误，则在图中右边的插针应该是 。
A． B． C． D．
（5）在测量光的波长实验中，为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离，而是先测量n个条纹的问距再求出。下列实验采用了类似方法的有
A．《探究两个互成角度的力的合成规律》的实验中合力的测量
B．验证《牛顿第二定律》实验中研究各量间的关系
C．《用单摆测重力加速度》实验中单摆周期的测量
D.用，求瞬时速度的方法
4．小明利用插针法做“测定玻璃砖的折射率”实验，正确操作后在白纸上画出了入射光线和折射光线，由于没有量角器，小明采用以下方法处理数据：以入射点O为圆心在白纸上作圆，该圆与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，如图4所示，然后改变入射角，重新进行实验，并仍按上述方法进行数据处理；设、的长度分别为x、y，小明一共获得了8组x、y值，并在坐标系中描出各对应的点，如图5所示，根据图可求得该玻璃砖的折射率为 。（保留三位有效数字）
考点三 双缝干涉实验
5．在双缝干涉实验中，钠灯发出波长为589nm的黄光，在距双缝1m的屏上形成干涉条纹。已知双缝间距为1.68×10－4m，则相邻两明条纹中心间距为 m。若改用氦氖激光器作光源，其发出的红光波长比黄光的 （选填“长”或“短”），其他条件不变，则相邻两明条纹中心间距比黄光的 （选填“大”或“小”）。在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示。
（1）以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点：
A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B．干涉条纹与双缝垂直
C．干涉条纹疏密程度与双缝间距离有关
D．干涉条纹间距与光的波长有关
以上几点中你认为正确的是 。
（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某干涉条纹中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为 mm。
（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值 （选填“大于”“小于”或“等于”）实际值。
6．(1)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、② 、③ 、④ 、⑤遮光筒、⑥光屏．对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取 或 的方法．
(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是 (选填数字代号)．
(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹的中央，手轮的读数如图甲所示．继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹的中央，手轮的读数如图乙所示．则相邻两亮条纹的间距是 mm.
(4)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是900 mm，则待测光的波长是 m(取三位有效数字)．
参考答案：
1． ABCE 刻度尺 挡住P1、P2的像以及P3 CD 1.5 小于
【详解】（1）[1]AB．确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，故AB正确；
C．折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度会较大，故P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度，故C正确；
D．入射角θ1即P1和P2的连线与法线的夹角尽量大些，即P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角适当小些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小，故D错误。
E．本实验中采用挡像法进行测量，对于半圆形玻璃砖同样可以确定入射光线和折射光线，故可以确定折射率，故E正确。
故选ABCE。
（2）[2]缺少的器材为：刻度尺；
[3]运用两点一线的原理确定光线方向，观察的这一侧插两枚大头针应使P4挡住P1、P2的像以及P3；
（3）[4]A．测玻璃的折射率的原理是折射玻璃上下表面不平行也能测出折射率，故A错误；
B．选择的入射角应尽量大一些，以减小测量误差，故B错误；
C．大头针应垂直地插在纸面上，防止产生误差，故C正确；
D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些，可减小确定光线时产生的误差，故D正确。
故选CD。
（4）[5]玻璃的折射率
（5）[6]如图为在图中分别作出的实际光路图（图中实线）和以aa′、bb′为界面、以大头针留的痕迹作为出射光线画的实验光路图（图中虚线）
比较实际光路图的折射角与实验光路图的折射角关系可知：折射角测量值偏大，则折射率偏小。
2． BD 小于
【详解】(1)确定P3大头针的位置的方法是大头针P3能挡住P1、P2的像，则P3必定在出射光线方向上．所以确定P3大头针的位置的方法是大头针P3能挡住P1、P2的像．确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P1、P2P3的像，故选BD．
(2)测定玻璃砖折射率的原理是折射定律，则得该玻璃砖的折射率为.
(3)作图时，玻璃砖应与所画的边界相齐．该同学的做法中，出射光线的侧向偏移距离小于理论的侧向偏移距离，测量出的折射角要小于真实的折射角，导致测量值偏小．
3． 否 1.5 AC C C
【详解】（1）[1]实验中要求四枚大头针的针尖在同一视线上，而不是针帽；
（2）[2]由图可知
则折射率
（3）[3]A．大头针和及和之间的距离适当大些时，相同的距离误差，引起的角度误差会减小，角度的测量误差会小些，故A正确；
B．用插针法测定折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，故B错误；
C．为了准确作出入射光线和折射光线，应选用尽可能细的笔画线，故C正确；
D．为了减小测量的相对误差，选择的入射角尽量大些，效果会更好，但不是接近90°，故D错误。
（4）[4]画出光路图如图所示
根据光路图可知，经过的光线经两块玻璃砖的分界处后向下偏，然后射入右端玻璃砖后平行射出，则图中右边的插针应该是，故C正确，ABD错误。
（5）[5]先测量n个条纹的问距再求出，属于放大测量取平均值
A．《探究两个互成角度的力的合成规律》的实验中合力的测量属于等效替代法，故A错误；
B．验证《牛顿第二定律》实验中研究各量间的关系属于控制变量法，故B错误；
C．《用单摆测重力加速度》实验中单摆周期的测量，属于放大测量取平均值，故C正确；
D．用，求瞬时速度的方法，属于极限法，故D错误。
4．1.50
【详解】光路图如图所示，玻璃砖的折射率为，其中入射角、折射角分别为、，则有
由此可知中图像的斜率满足
连接各点得到的直线如图所示
由此可知
解得
5． 长 大 ACD##ADC##CAD##CDA##DAC##DCA 0.701##0.702##0.703##0.704 大于
【详解】[1]根据双缝干涉实验条纹间距公式代入数据解得
[2]由电磁波谱可知，红光波长比黄光波长长。
[3]根据双缝干涉实验条纹间距公式可知，同一实验装置用红光间距较大。
（1）[4]AB．为使屏上的干涉条纹清晰，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行，故B错误A正确；
CD．根据条纹间距公式可知，条纹的疏密程度与双缝间距离，光的波长有关，故CD正确。
故选ACD。
（2）[5]由图乙可知，手轮上的示数为
（3）[6]测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，由图丙，根据几何关系可知，测量头的读数大于条纹间距的实际距离。
6． 滤光片 单缝 双缝 增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒) 减小双缝之间的距离 ②③ 1.610 5.37×10－7
【详解】(1)[1][2][3]由实验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝．
[4][5]由Δx＝λ可知，要增加相邻亮条纹(暗条纹)间的距离，可采取的办法有：
增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)；②减小双缝之间的距离．
(2[6])由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是②、③.
(3)[7]甲图固定刻度读数为0mm，可动刻度读数为0.01×4.5=0.045mm，所以最终读数 x1=0.045mm，图乙中固定刻度读数为14.5mm，可动刻度读数为0.01×3.5mm=0.035mm，则x2=14.535mm．它们的差值是14.490 mm，
中间跨越了10－1＝9个亮条纹间距，所以相邻两亮条纹间距是
Δx＝ mm＝1.610mm.
(4)[8]根据,则光的波长：
λ＝＝5.37×10－7 m.