光学类实验解答总结-2024年高考物理各类实验解答总结

专题12光学类实验解答总结

方法归纳

【本专题涉及到的常见的实验】

I、实验：测量玻璃的折射率

2、实验：用双缝十涉测量光的波长

【方法总结提升】

I、实验：测量玻璃的折射率

数据处理方法

(1)计算法：由〃=需贫，算出不同入射角时的〃值，并取平均值.

(2)图像法：作sin为一sin0图像，由〃=黑可知其斜率为折射率.

dill

FH

<3)单位圆法；以入射点O为圆心，作半径为A的圆，如图所示，则sin4一关，sin。2-

黑，OE=OE=R,所以用刻度尺量出口7、的长度就可以求出〃=罂=悬;.

2、实验：用双缝干涉测量光的波长

(1)数据处理的方法

①调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮I：的读数⑶；

②转动手轮，当分划板中心刻线与第〃条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数。2；

③相邻两条亮条纹间的距离©="¥，则由i=%r="：一『得波长.

n~1Iin—I

(2)注意事项

①实验时应调整光源、单缝、双缝和毛玻璃屏、测量头共轴，单缝和双缝安装时应竖直且相

互平行，遮光筒的轴线要与光具座导轨平行.若不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条

纹亮度小，不清晰，不便于观察和测量.

②分划板上的中心刻线应与干涉条纹的亮(暗)线平行，否则会增大测量的误差.

③测量头有两种，一种相当于螺旋测微器，一种相当于游标卡尺.

（1）“用双缝干涉测量光的波长”实验装置如图1所示。光具座上4、b、C处放置的光学元

件依次为（选填选项前字母）。

A.滤光片双缝单缝B.滤光片单缝双缝

C.单缝滤光片双缝D.双缝滤光片单缝

（2）某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺

读数如图2中所示，则

②该单色光的波长义=m（保留两位有效数字〕

【答案】B11.115.60.756.0x107

【解析】（1）器材从左到右的安装顺序为光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、像

屏。

故选B。

（2）①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为

在3位置时游标卡尺读数为

相邻两条纹间距

②根据

可得

代入数据可得

【例题2】如图甲所示，张同学用“插针法”测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上

垂直纸面插大头针Pi、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心。，在玻璃砖（图中实线部

分）另一侧垂直纸面插大头针匕，使挡住灯、P2的像，连接。和P3。图中MN为分界

面，虚线为法线；B、C分别是入射光线，折射光线与圆的交点，AB、CO均垂直于法线并

分别交法线于A、。点。

【答案】1.60偏大2/2.005c

【解析】（1）设圆的半径为R根据几何知识得，入射角的正弦

折射角的正弦

其中

根据折射定律得，玻璃砖的折射率

若实验中该同学由于视角的原因，在插大头针尸3时插的位置稍微偏左，则测得的C。偏小，

则玻璃砖的折射率偏大。

（2）光线从P点垂直分界面入射后，恰好在透明介质的圆形弧面发生全反射，则根据

李同学通过分析认定光在该透明介质中传播的速度为明则

解得

【例题3】.在“测玻璃的折射率”实验中：

（i）如图甲，用插针法测定玻璃破折射率的实验中，确定尸3位置的方法是透过玻璃砖观察，

使P3挡住___________（选填“P/、匕”或“P/、的像“）：

（ii）小华同学正确确定匕位置，并确认其他的操作步骤也都正确后，根据测得的入射角和

折射角的正弦值画出图线，如图乙所示，从图线可求得玻璃砖的折射率是；

（iii）小星同学在画界面时，不小心将界面仍画歪了•些，如图丙所示，他随后实验测得的

折射率（选填“偏大”“偏小”“不变”或“偏大、偏小和不变都有可能”）

【答案】P/、巳的像1.6偏大、偏小和不变都有可能

【解析】（i）在插针尸3时，透过玻璃砖观察，使P3挡住P、的像；

<ii）根据折射定律

根据sin仇sin为图像斜率可知，斜率

折射率

（iii）红线表示实际的光路图

而黑线是作图时所采用的光路图，可见，入射角没有变化，折射角的测量值偏大，根据折射

率公式

可知小星同学测得的折射率与真实值相比偏小；

红线表示实际的光路图

而黑线是作图时所采用的光路图，可见，入射角没有变化，折射角的测量值偏小，根据折射

率公式

可知小星同学测得的折射率与真实值相比偏大；

光路如图所示

操作正确，与画玻璃砖形状无关，所以小星同学测得的折射率与真实值相比不变。

由上可知测得的折射率为偏大、偏小和不变都有可能。

【例题4】某同学在家里进行小实验，他先点燃蜡烛将无色玻璃片熏黑，再用刀片在玻璃片

上笔直划过，这样便得到了单缝和不同间距双缝的缝屏。将所得到的缝屏以及激光笔、光屏

等利用铁架台组装成图甲所示的装置，用于研究光的衍射和干涉。

（I）某次实验时，在光屏上观察到如图乙所示的明暗相间的条纹，则该同学所安装的缝屏

是（选填"单缝喊“双缝”）；

（2）该同学利用装置进行双缝干涉实验时，在光屏上观察到的条纹如图丙所示，由刻度尺

读出A、3两亮纹间的距离cm；测得缝屏上双缝间的宽度占0.150mm,双缝

到光屏间的距离L=1.50m,则该激光的波长人m（结果保留3位有效数字）；

（3）为使光屏上观察到的条纹更密集，可采取的操作是。

A.换用双缝间距更大的缝屏

B.增大缝屏与光屏之间的距离

C.增大激光源与缝屏之间的距离

【答案】单缝6.506.50x107A

【解析】（1）图甲中，中央亮条纹较宽，而两侧亮条纹较窄，所以是单缝衍射图样。

（2）刻度尺的分度值为0.1cm,需要估读到0.01cm,所以人、8两亮纹间的距离为6.5（km。

相邻条纹间距为

故选Ao

练习巩

（I）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可O

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）正确操作后，该组同学用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中

4、4位置时游标卡尺读数也如图中所给出，贝IJ：

②该单色光的波长义二m0

【解析】（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则需要减小条纹间距，由公式

A.将单缝向双缝靠近，不改变条纹间距，故A错误；

B.将屏向靠近双缝的方向移动，/减小，则条纹间距减小，故B正确；

C.将屏向远离双缝的方向移动，/增大，则条纹间距增大，故C错误；

D.使用间距更小的双缝，则条纹间距增大，故D错误,

故选B。

则相邻两条纹间距为

②根据

可得该单色光的波长为

2.如图，在“测量玻璃的折射率”的实验中，当光线40以一定入射角穿过两面平行的玻璃

砖时，通过插针法找到跟入射光线A。对应的出射光线从而确定玻璃中的折射光线

叫

（1）在图中标记了四个角，分别为仇、忆%、％,则玻璃的折射率〃=。

（2）下列措施中，能减小实验误差的是o

A.玻璃砖界面与"'间的距离越小越好

B.入射角不能太小

C.大头针应竖直地插在纸面上

D.针〃与鸟、鸟与鸟的诃距要适当远些

E.针＜与鸟、△与舄的间距要适当近些

【解析】（I）由图知，入射角为4，折射角为a,根据折射定律，可得玻璃的折射率

（2）A.为了减小实验的用对•误差，玻璃砖界面与班'间的距离要适当大些，这样由于相

同视觉距离误差所引起的角度误差要小一些，故A错误；

B.如果入射角太小，则对角度的测量产生的误差较大，故角度不能太小，故B正确；

C.大头针应竖直地插在纸面上，这样可以减小实验误差，故C正确：

DE.针耳与巴、鸟与鸟的间距要适当远些，这样可减小标记入射光线以及折射光线时所引

起的误差，故D正确，E错误。

故选BCD0

3

6.

7.某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线，如图甲，并在入射光线/1O

上插上大头针”、鸟，现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上鸟和舄大头针，便能珑定光

在玻璃砖中的折射光线。

（1）确定与位置的方法正确的是：

A.透过玻璃砖，鸟挡住打的像

B.先插上乃大头针，在靠近玻璃砖一侧巴挡住巴的位置

c.透过玻璃砖观察，使A挡住6、鸟的像

（3）若该同学在确定居位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把与位置画的偏左了一些，

则测出来的折射率（埃•偏人”、“偏小.•或'•不变”）

（4）该同学突发其想用两块同样的玻璃直角棱镜/1BC来做实验，两者的AC面是平行放置

的，插针6、鸟的连线垂直于A8面，若操作无误，则在图中右边的插针应该是o

ACB

•%

•4

86D.0温

【答案】C1.50偏小C

【解析】（i）确定8位置的方法正确的是：透过玻璃砖观察，使.6.挡住耳、鸟的像，故选

Co

（3）若该同学在确定与位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把与位置面的偏左了一些,

则P4P3的连线与/力'的交点偏右，测得的折射角。2偏大，则根据

可知，测出来的折射率偏小。

（4）光路图如图所示

根据光路图可知，经过P,P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转，然后射入右侧玻璃破

后平行射出，所以在图中右边的插针应该是P5P6,故选Co

4.某小组开展研究性学习，欲根据光学知识，测量一半圆柱体玻璃砖•的折射率。具体步骤

如下：

（1）如图甲所示，将白纸固定在水平桌面上，两个量隹器作一同心圆O,并标上相应的刻

度和度数；

（2）将被测量半圆柱体玻璃砖垂直放在白纸上，圆柱体的圆心和同心圆的圆心对齐，圆柱

体直线边与量角器0刻度线对齐；

（3）用铅笔准确描出玻璃砖底面圆的轮廓。

（4）用激光笔发出细束激光，对准圆柱体的圆心沿半径方向入射，分别准确记录入射角，・和

折射角「，图甲中对应的入射角i=和折射角，"o

【答案】30.0°48.0°1.5适当大一些全反射太大

【解析】（4）量角器的分度值为1。，需要估读到分度值的下一位，故示数分别为30.0。、4&0。0

（5）由光的折射定律可知，折射率

（3）为了减小入射角和折射角测量的相对误差，实验中激光在。点入射时应尽量使入射角

适当大一些，但考虑到入射光在圆柱体的直线边界可能发生全反射现象，故入射角不能太大。

5.“用双缝干涉实验测量光的波长”实验装置如图中所示

（1）某次测量中，分划板中心刻线对齐某一条亮纹的中心时，游标卡尺的游标尺位置如图

乙所示，该读数为mm；

（2）下列说法中正确的是（填选项前的字母）；

A.去掉滤光片后，光屏上的干涉条纹消失

B.去掉单缝后，光屏上仍然呈现清晰的「•涉条纹

C.实验中要注意使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上得到清晰的干涉条纹

（3）若双缝间距为4,测出双缝与光屏间的距离L及〃条亮纹中心间的距离x,则计算该单

色光波长的表达式为兀=（用题中所给字母表示）。

【解析】（1）读数为

13mm+10x0.05mm=13.50mm

（2）A.若测量去掉滤光片，能观察到干涉图样，只不过是各色光重叠产生的彩色条纹，

故A错误；

B.双缝干涉的条件是频宓相同、相差恒定，当仅撤去单缝屏，不能获取相干光源，所以光

屏上双缝干涉的条纹不存在了，故B错误；

C.实验中要注意使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上得到清晰的干涉条纹，故C正确。

故选C。

（3）〃条亮纹中心间的距离x,则条纹间距

该单色光波长的表达式为

6.在“测玻璃的折射率”实验中，某实验小组在白纸上放好玻璃破并已在方格纸中画出玻璃

砖与空气的两个界面〃和〃。

（1）该实验小组的同学通过“插针法”确定了四颗大头针的位置，请根据实验原理完善光路

图,并标注出入射角，和折射角y

（2）根据题（1）测得玻璃的折射率片（保留三位有效数字）；

（3）若该组某同学在画好界面后，不小心将玻璃砖往上平移了一小段，则他测得的折射率

将（选填“偏大”、“偏小”或“不变

【解析】（1）实验原理光路图如下

（2）如图所示，以入射点为圆心作圆，与入射光线、折射光线的延长线分别交于A、B点，

再过A,B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，根据方格的比例得

（3）将界面画好后将玻璃砖往上移，得到如图所示的光路图，实线为真实的光路图，虚线

为在原定的界面上的光路图，对比两条线入射角和折射角，易得折射率不变。

7.某小组的甲、乙同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，如图1所示。

（1）为了减小实验误差，下列操作正确的是。

A.必须选择边界平行的玻璃砖

B.选择的入射角应尽量小些

C.没有刻度尺时，可以将玻璃砖界面当尺子画界线

D.大头针尸/、P2和匕、匕之间的距离应适当大些

（2）甲同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器，在完成了光路图以后，以。点为圆心，0A

为半径画圆，交。。延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线，与法线的交点分别

为6点和。点，如图2所示。用刻度尺测得A5的长度为力，CO的长度为也，则玻璃砖的

折射率n=（用打，心表示）。

（4）若该同学在确定巴位置时，不小心把P”位置画得偏左了一些，则测出来的折射

率。（选填“偏大X偏小"“不变”）

土

【答案】D“1.51偏小

【解析】（1）A.用插针法测折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，A错误；

B.入射角较小，折射现象不明显，误差较大，B错误；

C.用玻璃砖界面当尺子画界线会增大实验误差，且容易损坏玻璃砖，B错误；

D.大头针2、P2和。3、月之间的距离适当大一些，引起的角度误差会减小，D正确。

故选D。

（2）折射率为

（3）根据

得

则

折射率为

（4）若该同学在确定P”位置时，不小心把匕位置画得偏左了一些，则画出的光路图出射

点向右移动，光入射时的折射角偏大，测出来的折射率偏小。

8.某同学测量玻璃的折射率。实验过程如下：

（1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃豉的边界。

（2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的P点水平入射，到达be面上的Q点后折射出玻璃

砖，用大头针在白纸上标记P点、。点和激光笔出光孔S的位置；

②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，做时界面的法线PM和光线PQ

的反向延长线PM过法线上的用点分别做PS和PN的垂线，垂足分别为点A和点凡如

图甲所示；

（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖的折射率表达式为〃=,由测得的数据可得

折射率〃为（结果保留3位有效数字）。

（4）为了减小实验的相对误差，下列说法正确的是。

A.选取点M尽量靠近入射点P

B.选取点"尽量远离入射点。

C.选取时界面的入射角尽量大些

D.选取"界面的入射角尽量小些

【解析】（2）③由刻度尺的读数方法可得MA的长度读数

⑶折射率

又

则

代入数据解得

（4）为了减小实验测量的相对误差，选取点M尽量远离入射点P,选取,小界面的入射角

尽量大些。

故选BCo

9.在“测玻璃的折射率”实验中：

（1）如图1,用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是。

A.若不小心用手触摸了光学表面，不会影响测量

C.为了减小作图误差，R和巳的距离应适当取大些

D.界面一定要与加'平行，否则会有误差

（2）如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度

（填“大”或“小”）的玻璃传来测量。

（3）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的

图像如图2所示，从图像可知玻璃砖的折射率等于。

（4）如图3所示，在实验过程中画出界面。后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界

面"面到图中虚线位置，而在作光路图时界面。仍为开始所画的，则所测得的折射率将

（填“偏大F扁小”或“不变”）。

【答案】C天1.5偏大

【解析】（1）A.手拿光学元器件时切忌用手触摸“工作面”，以防脏污甚至腐蚀光学面造成

永久的损坏，故A错误；

C.为了减小作图误差，符出射光线确定得更准确些，「3和巳的距离应适当取大些，故c正

确：

故选C。

（2）如果有几块宽度不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度大的玻璃砖

来测量，宽度越大，出射光线的侧位移越大，折射角的测量越准确，故为了减小误差应选用

宽度大的玻璃砖来测量。

（3）根据折射率定义公式有

代入数据可得玻璃砖的折射率为

（3）在实验过程中，画出界面〃后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面"画到图

中虚线位置.，而在作光路图时界面〃仍为开始所画的，实际光线如图中的所示，而作图

光线如图中0Q所示，导致折射角偏小，所测得的折射率偏大。

10.小沈同学进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验，

（1）其中部分器材加下：

A.白炽灯B.凸透镜

C.单缝片D.滤光片

E.测量头F.双缝片

将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是（填字母）：

A、B、、、F^Eo

（2）某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测

虽，下列方法能够使条纹亮度增加的是。

A.增加光源的功率

B.将毛玻璃换成透明玻璃

C.调节测量头的位置

（3）下列图示中条纹间距表示正确的是。

（4）如图所示是小沈同学改为参考课本上“用光传感器做双缝干涉的实验”进行实验，图甲、

乙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判断，第一次实验

中O

A.单缝与双缝的间距一定较大

B.光强度较小

C.光源到双缝的距离较大

D.双缝到光传感器的距离可能较小

【答案】DCACD

【解析】（1）根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验中仪器的位置可知，从左向右依次为:

白色光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、测量头。将以上器材安装在光具座遮光筒上时，

自光源起合理的顺序是：A、B、D、C、F、E；

（2）为了便于测量，要使条纹亮度增加，即使得单位时间内的光子数目增多。

A.当增加光源的功率，导致单位时间内的光子数目增多，故A正确；

B.将毛玻璃换成透明玻璃，不会看到亮条纹，故B错误；

C.调节测量头的位置，亮度不变，故C错误。

故选Ao

（3）干涉条纹的宽度是指•个明条纹与•个暗条纹的宽度的和，为两个相邻的明条纹（或

暗条纹）的中心之间的距离，故C正确。

B.光强度对条纹间距无影响，选项B错误；

C.光源到双缝的距离对条纹间距无影响，选项C错误；

D.双缝到光传感器的距离/较小，则条纹间距较小，选项D正确。

故选D。

11.（1）如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是

A.若「八P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到B、P2的像

B.为减少测量误差，P］、P2的连线与法线的夹角应尽量小些

C.为了减小作图误差，巴和巴的距离应适当取大些

D.若尸八P2的连线与法线NM夹角较大时，有可能在奶'面发生全反射，所以在仍'一侧就

看不到。八夕2的像

（2）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的

图线如图所示，从图线可知玻璃砖的折射率是一。

【答案】C1.5

【解析】（1）A.根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，光线不会在玻璃砖

的内表面发生全反射，即使修、上的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到匕、P2的像，故

A错误；

B.为减少测量误差，入射角应适当大•些，即尸八P2的连线与法线的夹角应尽量大些，

故B错误；

C.为了减小作图误差，尸