光學(xué)類實(shí)驗(yàn)解答總結(jié)-2024年高考物理實(shí)驗(yàn)攻略（解析版）

專題12光學(xué)類實(shí)驗(yàn)解答總結(jié)

【本專題涉及到的常見的實(shí)驗(yàn)】

1、實(shí)驗(yàn)：測量玻璃的折射率

2、實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長

【方法總結(jié)提升】

1、實(shí)驗(yàn)：測量玻璃的折射率

數(shù)據(jù)處理方法

(1)計(jì)算法：由〃=鬻，算出不同入射角時的〃值，并取平均值.

sin(72

(2)圖像法：作sin仇一sin灰圖像，由"=鬻可知其斜率為折射率.

sinc/2

FH

(3)單位圓法：以入射點(diǎn)。為圓心，作半徑為R的圓，如圖所示，貝UsinOi=:定，sin02=

■OE=OE』R，所以用刻度尺量出即、9的長度就可以求出廣量=黑.

2、實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長

(1)數(shù)據(jù)處理的方法

①調(diào)節(jié)測量頭，使分劃板中心刻線對齊第1條亮條紋的中心，記下手輪上的讀數(shù)s；

②轉(zhuǎn)動手輪，當(dāng)分劃板中心刻線與第〃條相鄰的亮條紋中心對齊時，記下手輪上的讀數(shù)奧；

③相鄰兩條亮條紋間的距離盤=皆，則由4%=器F得波長.

(2)注意事項(xiàng)

①實(shí)驗(yàn)時應(yīng)調(diào)整光源、單縫、雙縫和毛玻璃屏、測量頭共軸，單縫和雙縫安裝時應(yīng)豎直且相

互平行，遮光筒的軸線要與光具座導(dǎo)軌平行.若不共軸或單縫與雙縫不平行則會引起干涉條

紋亮度小，不清晰，不便于觀察和測量.

②分劃板上的中心刻線應(yīng)與干涉條紋的亮(暗)線平行，否則會增大測量的誤差.

③測量頭有兩種，一種相當(dāng)于螺旋測微器，一種相當(dāng)于游標(biāo)卡尺.

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【例題1】“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中，將實(shí)驗(yàn)儀器按要求安裝在光具座上，并選用縫

間距d=0.4mm的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離乙=500mm。然

后，接通電源使光源正常工作。

（1）“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。光具座上八6、c處放置的光學(xué)元

件依次為（選填選項(xiàng)前字母）。

圖1

A.濾光片雙縫單縫B.濾光片單縫雙縫

C.單縫濾光片雙縫D.雙縫濾光片單縫

（2）某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖2所示，分劃板在圖中4、B位置時游標(biāo)卡尺

讀數(shù)如圖2中所示，則

II

AB

cm12cm

1III1I1I1I1.I[I111]II

[IIII]IIII]

010

N位置讀數(shù)3位置讀數(shù)

圖2

①分劃板在圖中A位置時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為5=mm,在B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)

為馬—mm,相鄰兩條紋間距&=mm；

②該單色光的波長彳=m（保留兩位有效數(shù)字）

【答案】B11.115.60.756.0x10-7

【解析】（1）器材從左到右的安裝順序?yàn)楣庠?、凸透鏡、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、像

屏。

故選Bo

（2）①分劃板在圖中A位置時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為

xA=11mm+lx0.1mm=11.1mm

在B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)為

xB=15mm+6x0.1mm=15.6mm

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相鄰兩條紋間距

\X=XB~XA=0.75mm

6

②根據(jù)

.L,

Ax——A

d

可得

Axd

Z=-----

L

代入數(shù)據(jù)可得

2=6.0xl0-7m

【例題2】如圖甲所示，張同學(xué)用“插針法”測定一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上

垂直紙面插大頭針Pl、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O,在玻璃磚（圖中實(shí)線部

分）另一側(cè)垂直紙面插大頭針B，使尸3擋住尸八尸2的像，連接。和P3。圖中MV為分界

面，虛線為法線；B、C分別是入射光線，折射光線與圓的交點(diǎn)，AB,8均垂直于法線并

分別交法線于A、。點(diǎn)。

（1）張同學(xué)在圖甲中用刻度尺測得A3=4.00cm,CD=2.50cm,則玻璃磚的射率〃

（結(jié)果保留兩位小數(shù)）；若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)由于視角的原因，在插大頭針心時插的位置稍微偏

左，則測得玻璃磚的折射率將（填“偏大”、“偏小”或“不變”）。

（2）如圖乙所示，同班的李同學(xué)將圓心為。、半徑為R的另一塊半圓形透明介質(zhì)置于水平

桌面上，光線從尸點(diǎn)垂直分界面入射后，恰好在透明介質(zhì)的圓形弧面發(fā)生全反射。經(jīng)測量發(fā)

OP=-R

現(xiàn)2,則透明介質(zhì)的折射率為。已知真空中的光速為c,李同學(xué)通過分析認(rèn)定

光在該透明介質(zhì)中傳播的速度為0

1

-C

【答案】1.60偏大2/2.002

【解析】（1）設(shè)圓的半徑為R,根據(jù)幾何知識得，入射角的正弦

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折射角的正弦

其中

OB=OC=R

根據(jù)折射定律得，玻璃磚的折射率

siniAB...

n=----=---=1.60

sinrCD

若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)由于視角的原因，在插大頭針尸3時插的位置稍微偏左，則測得的。偏小,

則玻璃磚的折射率偏大。

(2)光線從尸點(diǎn)垂直分界面入射后，恰好在透明介質(zhì)的圓形弧面發(fā)生全反射，則根據(jù)

〃=工=2

sinCOP

X

李同學(xué)通過分析認(rèn)定光在該透明介質(zhì)中傳播的速度為v,則

，C

n=—

v

解得

1

V=-C

2

【例題3].在“測玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中：

(i)如圖甲，用插針法測定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，確定P3位置的方法是透過玻璃磚觀察,

使尸3擋住___________(選填“尸八尸2”或“尸八尸2的像”

甲

(ii)小華同學(xué)正確確定尸4位置，并確認(rèn)其他的操作步驟也都正確后，根據(jù)測得的入射角和

折射角的正弦值畫出圖線，如圖乙所示，從圖線可求得玻璃磚的折射率是；

(iii)小星同學(xué)在畫界面時，不小心將界面仍畫歪了一些，如圖丙所示，他隨后實(shí)驗(yàn)測得的

折射率(選填“偏大”“偏小”“不變”或“偏大、偏小和不變都有可能”)

【答案】P1、巳的像L6偏大、偏小和不變都有可能

【解析】(i)在插針刊時，透過玻璃磚觀察，使尸3擋住尸八尸2的像；

(ii)根據(jù)折射定律

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sina

n=-----L

sin%

根據(jù)sin，2-sin仇圖像斜率可知，斜率

%=些=0.625

0.72

折射率

n=-=—^—=\.6

k0.625

(iii)紅線表示實(shí)際的光路圖

^T4——7Ti'

而黑線是作圖時所采用的光路圖，可見，入射角沒有變化,折射角的測量值偏大，根據(jù)折射

率公式

sinz

n=———

sinr

可知小星同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比偏小；

紅線表示實(shí)際的光路圖

,S3

1

而黑線是作圖時所采用的光路圖，可見，入射角沒有變化,折射角的測量值偏小，根據(jù)折射

率公式

sin，

n=----

sinr

可知小星同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比偏大；

光路如圖所示

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操作正確，與畫玻璃磚形狀無關(guān)，所以小星同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比不變。

由上可知測得的折射率為偏大、偏小和不變都有可能。

【例題4】某同學(xué)在家里進(jìn)行小實(shí)驗(yàn)，他先點(diǎn)燃蠟燭將無色玻璃片熏黑，再用刀片在玻璃片

上筆直劃過，這樣便得到了單縫和不同間距雙縫的縫屏。將所得到的縫屏以及激光筆、光屏

甲

I■■■■

乙

B

czDOACpOOOOOOOOOQoco

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

012345678910單位:cm

丙

(1)某次實(shí)驗(yàn)時，在光屏上觀察到如圖乙所示的明暗相間的條紋，則該同學(xué)所安裝的縫屏

是(選填“單縫”或“雙縫”)；

(2)該同學(xué)利用裝置進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，在光屏上觀察到的條紋如圖丙所示，由刻度尺

讀出A、8兩亮紋間的距離尸cm；測得縫屏上雙縫間的寬度d=0.150mm,雙縫

到光屏間的距離工=L50m,則該激光的波長加m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)；

(3)為使光屏上觀察到的條紋更密集，可采取的操作是o

A.換用雙縫間距更大的縫屏

B.增大縫屏與光屏之間的距離

C.增大激光源與縫屏之間的距離

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【答案】單縫6.506.50X107A

【解析】（1）圖甲中，中央亮條紋較寬，而兩側(cè)亮條紋較窄，所以是單縫衍射圖樣。

（2）刻度尺的分度值為0.1cm,需要估讀到0.01cm,所以A、3兩亮紋間的距離為6.50cm。

相鄰條紋間距為

Ax=—=6.5xl0-3m

10

Ax*

根據(jù)d可得該激光的波長為

,dAx0.150x10-3x6.5x10-3

71=----=m=6.50xl0-7m

LL5

A人v—_L_X_

根據(jù)一d可知可采取的操作是換用

（3）為使光屏上觀察到的條紋更密集，即減小Ax,

雙縫間距更大的縫屏或減小縫屏與光屏之間的距離,而增大激光源與縫屏之間的距離對Ax

無影響。

故選Ao

1.利用雙縫干涉測定光的波長的實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距d=0.4mm,雙縫到光屏間的距離1=0.5m,

實(shí)驗(yàn)時，接通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。

（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學(xué)可

A.將單縫向雙縫靠近B.將屏向靠近雙縫的方向移動

C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動D.使用間距更小的雙縫

（2）正確操作后，該組同學(xué)用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖所示，分劃板在圖中

A、B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)也如圖中所給出，貝

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①分劃板在圖中A、8位置時由游標(biāo)卡尺讀數(shù)求得相鄰兩條紋間距垓=mm。

②該單色光的波長彳=mo

【答案】B0.756x10"

【解析】（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，則需要減小條紋間距，由公式

,I

Ax—A—

d

A.將單縫向雙縫靠近，不改變條紋間距，故A錯誤；

B.將屏向靠近雙縫的方向移動，/減小，則條紋間距減小，故B正確；

C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動，/增大，則條紋間距增大，故C錯誤；

D.使用間距更小的雙縫，則條紋間距增大，故D錯誤。

故選Bo

（2）①10分度游標(biāo)卡尺的精確值為。由圖可知

xA=l1mm+1x0.1mm=11.1mm

xB=15mm+6x0.1mm=15.6mm

則相鄰兩條紋間距為

x-x15.6-11.1

Ax=—B----A-=-------------mm=0.75mm

66

②根據(jù)

°I

AAx—A—

d

可得該單色光的波長為

,d\x0.4X10-3X0.75X10-3,i

A.=-----=----------------------------m=6x10m

I0.5

2.如圖，在“測量玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)光線AO以一定入射角穿過兩面平行的玻璃

磚時，通過插針法找到跟入射光線4?對應(yīng)的出射光線0'3,從而確定玻璃中的折射光線

OO'

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(1)在圖中標(biāo)記了四個角，分別為仇、％、打、%,則玻璃的折射率〃=。

(2)下列措施中，能減小實(shí)驗(yàn)誤差的是o

A.玻璃磚界面由'與4/間的距離越小越好

B.入射角不能太小

C.大頭針應(yīng)豎直地插在紙面上

D.針片與鳥、乙與A的間距要適當(dāng)遠(yuǎn)些

E.針片與乙、乙與乙的間距要適當(dāng)近些

sin4

【答案】smaBCD

【解析】(1)由圖知，入射角為4,折射角為名,根據(jù)折射定律，可得玻璃的折射率

sin4

n=———L

sinq

⑵A.為了減小實(shí)驗(yàn)的相對誤差，玻璃磚界面以'與魴'間的距離要適當(dāng)大些，這樣由于相

同視覺距離誤差所引起的角度誤差要小一些，故A錯誤；

B.如果入射角太小，則對角度的測量產(chǎn)生的誤差較大，故角度不能太小，故B正確；

C.大頭針應(yīng)豎直地插在紙面上，這樣可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，故C正確；

DE.針片與乙、鳥與乙的間距要適當(dāng)遠(yuǎn)些，這樣可減小標(biāo)記入射光線以及折射光線時所引

起的誤差，故D正確，E錯誤。

故選BCDo

3

6.

7.某同學(xué)在做“測定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)時已經(jīng)畫好了部分圖線，如圖甲，并在入射光線A。

上插上大頭針A、P3現(xiàn)需在玻璃磚下表面折射出的光線上插上G和2大頭針，便能確定光

在玻璃磚中的折射光線。

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圖甲圖乙

（1）確定G位置的方法正確的是；

A.透過玻璃磚，心擋住G的像

B.先插上鳥大頭針，在靠近玻璃磚一側(cè)右擋住巴的位置

C.透過玻璃磚觀察，使乙擋住片、鳥的像

（2）經(jīng)過多次測量作出疑114Tin。？（4為光線A。對應(yīng)的折射角）的圖像如圖乙，玻璃磚

的折射率為（保留三位有效數(shù)字）

（3）若該同學(xué)在確定巴位置時，被旁邊同學(xué)碰了一下，不小心把4位置畫的偏左了一些,

則測出來的折射率（填“偏大”、“偏小”或“不變”）

（4）該同學(xué)突發(fā)其想用兩塊同樣的玻璃直角棱鏡ABC來做實(shí)驗(yàn)，兩者的AC面是平行放置

的，插針片、鳥的連線垂直于A3面，若操作無誤，則在圖中右邊的插針應(yīng)該是o

A.AEB.P3P8c.EED,P7P8

【答案】C1.50偏小C

【解析】（1）確定乙位置的方法正確的是：透過玻璃磚觀察，使.6.擋住片、鳥的像，故選

Co

（2）光路如圖

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根據(jù)

sin4

n=----L

sin%

可知，圖像sin4Tina的斜率等于折射率，由圖像可知玻璃磚的折射率為

7?=^—=1.50

0.67

(3)若該同學(xué)在確定A位置時，被旁邊同學(xué)碰了一下，不小心把八位置畫的偏左了一些,

則P4P3的連線與協(xié)'的交點(diǎn)偏右，測得的折射角仇偏大，則根據(jù)

sin4

n-----L

sin^2

可知，測出來的折射率偏小。

(4)光路圖如圖所示

根據(jù)光路圖可知，經(jīng)過P1P2的光線經(jīng)兩塊玻璃磚的分界處向下偏轉(zhuǎn)，然后射入右側(cè)玻璃磚

后平行射出，所以在圖中右邊的插針應(yīng)該是尸5P6,故選C。

4.某小組開展研究性學(xué)習(xí)，欲根據(jù)光學(xué)知識，測量一半圓柱體玻璃磚的折射率。具體步驟

如下:

(1)如圖甲所示，將白紙固定在水平桌面上，兩個量角器作一同心圓。并標(biāo)上相應(yīng)的刻

度和度數(shù)；

(2)將被測量半圓柱體玻璃磚垂直放在白紙上，圓柱體的圓心和同心圓的圓心對齊，圓柱

體直線邊與量角器0刻度線對齊；

(3)用鉛筆準(zhǔn)確描出玻璃磚底面圓的輪廓。

(4)用激光筆發(fā)出細(xì)束激光，對準(zhǔn)圓柱體的圓心沿半徑方向入射，分別準(zhǔn)確記錄入射角，和

折射角廠，圖甲中對應(yīng)的入射角i=和折射角r=o

(5)改變?nèi)肷浣?，再次記下入射角，和折射角廠，根據(jù)多次測量數(shù)值，作出sinr-sini圖像

如圖乙所示，則玻璃磚的折射率為(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

測量值真實(shí)值,??0/

(6)根據(jù)相對誤差的計(jì)算式為真頭值，為了減小八/?測量的相對誤差，

實(shí)驗(yàn)中激光在。點(diǎn)入射時應(yīng)使入射角(填“適當(dāng)大一些”或“盡量小一些”)，考慮到入

射光在圓柱體的直線邊界可能發(fā)生_____現(xiàn)象，故入射角不能(填“太大”或“太小”)。

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甲

乙

【答案】30.0°48.0°1.5適當(dāng)大一些全反射太大

【解析】(4)量角器的分度值為1。，需要估讀到分度值的下一位，故示數(shù)分別為30.0°,48.0%

(5)由光的折射定律可知，折射率

sinr0.9..

n=-----=—=1.5

sini0.6

(3)為了減小入射角和折射角測量的相對誤差，實(shí)驗(yàn)中激光在。點(diǎn)入射時應(yīng)盡量使入射角

適當(dāng)大一些，但考慮到入射光在圓柱體的直線邊界可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,故入射角不能太大。

5.“用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測量光的波長”實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示

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光源凸透鏡濾光片黑縫號縫遮光筒膂

j-&-力―宜U口：

Z

甲

(1)某次測量中，分劃板中心刻線對齊某一條亮紋的中心時，游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺位置如圖

乙所示，該讀數(shù)為mm；

23cm

01234567890

乙

(2)下列說法中正確的是(填選項(xiàng)前的字母)；

A.去掉濾光片后，光屏上的干涉條紋消失

B.去掉單縫后，光屏上仍然呈現(xiàn)清晰的干涉條紋

C.實(shí)驗(yàn)中要注意使單縫與雙縫相互平行，以便在光屏上得到清晰的干涉條紋

(3)若雙縫間距為d,測出雙縫與光屏間的距離L及〃條亮紋中心間的距離x,則計(jì)算該單

色光波長的表達(dá)式為2=(用題中所給字母表示)。

dx

【答案】13.50C("T)力

【解析】(1)讀數(shù)為

13mm+10x0.05mm=13.50mm

(2)A.若測量去掉濾光片，能觀察到干涉圖樣，只不過是各色光重疊產(chǎn)生的彩色條紋，

故A錯誤；

B.雙縫干涉的條件是頻率相同、相差恒定，當(dāng)僅撤去單縫屏，不能獲取相干光源，所以光

屏上雙縫干涉的條紋不存在了，故B錯誤；

C.實(shí)驗(yàn)中要注意使單縫與雙縫相互平行，以便在光屏上得到清晰的干涉條紋，故C正確。

故選C。

(3)〃條亮紋中心間的距離無，則條紋間距

該單色光波長的表達(dá)式為

1_dx

6.在“測玻璃的折射率''實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組在白紙上放好玻璃磚并已在方格紙中畫出玻璃

磚與空氣的兩個界面a和b.

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(1)該實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)通過“插針法”確定了四顆大頭針的位置，請根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理完善光路

圖，并標(biāo)注出入射角i和折射角y

(2)根據(jù)題(1)測得玻璃的折射率/(保留三位有效數(shù)字);

(3)若該組某同學(xué)在畫好界面后，不小心將玻璃磚往上平移了一小段，則他測得的折射率

“偏小”或“不變”)。

1.50不變

n=sinz=AC=150

sinrBC

第14頁共23頁

（3）將界面畫好后將玻璃磚往上移，得到如圖所示的光路圖，實(shí)線為真實(shí)的光路圖，虛線

為在原定的界面上的光路圖，對比兩條線入射角和折射角，易得折射率不變。

7.某小組的甲、乙同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率，如圖1所示。

（1）為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，下列操作正確的是。

A.必須選擇邊界平行的玻璃磚

B.選擇的入射角應(yīng)盡量小些

C.沒有刻度尺時，可以將玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線

D.大頭針P/、尸2和尸3、尸4之間的距離應(yīng)適當(dāng)大些

（2）甲同學(xué)手頭有圓規(guī)和刻度尺但沒有量角器，在完成了光路圖以后，以。點(diǎn)為圓心，

為半徑畫圓，交°。'延長線于C點(diǎn)，過A點(diǎn)和C點(diǎn)作垂直法線的直線，與法線的交點(diǎn)分別

為8點(diǎn)和。點(diǎn)，如圖2所示。用刻度尺測得A8的長度為由，。的長度為念，則玻璃磚的

折射率〃=_________（用尤/,X2表示）。

大頭針

?COS

寬

度

0.604cos4

C

圖2

（3）乙同學(xué)正確操作后，在實(shí)驗(yàn)中多次改變?nèi)肷浣?，測出多組相關(guān)角度為、仇，作出

cos%-cos'的圖像，如圖3所示，則此玻璃磚的折射率產(chǎn)。

第15頁共23頁

折射

來的

測出

，則

一些

左了

得偏

置畫

R位

心把

不小

時，

位置

定R

在確

同學(xué)

若該

（4）

變”）

小”“不

大”“偏

填“偏

O（選

率

偏小

1.51

馬

D

】

【答案

；

錯誤

行，A

要平

一定

面不

下表

磚上

玻璃

時，

射率

測折

針法

用插

）A.

】（1

【解析

誤；

B錯

大，

差較

，誤

明顯

象不

射現(xiàn)

，折

較小

射角

B.入

；

錯誤

磚，B

玻璃

損壞

容易

，且

誤差

實(shí)驗(yàn)

增大

線會

畫界

尺子

界面當(dāng)

玻璃磚

C.用

。

正確

小，D

差會減

角度誤

起的