2027届新高考物理热点精准复习光学实验

2027届新高考物理热点精准复习光学实验专题25光学实验目录[2024河北,11(1)]某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长,实验装置如图所示,其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。

该同学调整好实验装置后,分别用红色、绿色滤光片,对干涉条纹进行测量,并记录第一条和第六条亮

纹中心位置对应的游标尺读数,如表所示:真题试练3:用双缝干涉实验测量光的波长单色光类别x1/mmx6/mm单色光110.6018.64单色光28.4418.08根据表中数据,判断单色光1为

(填“红光”或“绿光”)。答案绿光解析根据双缝干涉条纹间距公式Δx=

λ可知,在其他条件不变时,波长越长,条纹间距越宽,红光的波长更长,由题表中数据可知单色光1条纹间距较窄,故单色光1为绿光。探究1拓展设问①设问1:实验中,凸透镜的作用是什么?②设问2:若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可进行何种操作?③设问3:实验中若发现亮条纹中心与分划板中心刻线未对齐,该同学可进行何种操作?

④设问4:某次测量时,选用的双缝的间距为0.30mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,分划板中心刻线

与第1条亮纹中心对齐时读数为21.75mm,转动手轮,分划板中心刻线与第4条亮纹中心对齐时读数如图

所示,则读数为

mm。所测单色光的波长为

m(结果保留2位有效数字)。解法重构答案①凸透镜对光有会聚作用,可使射向单缝的光更集中。②根据相邻两条亮条纹或相邻两条暗条纹的中心间距公式Δx=

λ可知,若想增加目镜中观察到的条纹个数,则可减小Δx,即将屏向靠近双缝的方向移动或使用间距更大的双缝。③可旋转测量头。④由题图可知,读数为29mm+0.05mm×6=29.30mm。根据Δx=

λ,代入数据得λ≈6.3×10-7m。探究2图像表征该同学又使用同一套光传感器和双缝干涉设备,分别使用甲、乙两种单色光完成实验,对应得到光强的

分布图像如甲图和乙图所示,则甲光的波长

(填“大于”或“小于”)乙光的波长。

答案由题图可知,甲图中相邻亮条纹中心间距小于乙图中相邻亮条纹中心间距,根据Δx=

λ,可知甲光的波长小于乙光的波长。1.情境变异·双缝干涉→平面镜反射(多选)如图所示,某兴趣小组用洛埃境实验的基本装置

测量光的波长,S为垂直于纸面的单色线光源,M为平面镜。S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的

光屏上,一部分通过平面镜反射后再入射到光屏上,光屏上会出现明暗相间的条纹,已知S到平面镜的距

离d=0.15mm,S到光屏的距离l=1.2m。观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78

mm。则()

A.平面镜水平向左移动少许,光屏上相邻两条亮条纹间距将变小探究3同类竞探BCB.平面镜竖直向下移动少许,光屏上相邻两条亮条纹间距将变小C.该单色光的波长约为6.33×10-7mD.该单色光的波长约为5.83×10-7m解析作出光源S在平面镜中的像S',则光源到屏的距离可以看作双缝到屏的距离,光源S与平面镜中虚

像S'的间距即双缝的间距,根据双缝干涉条纹间距公式可得Δx=

λ,平面镜水平向左移动少许,双缝到屏的距离、双缝的间距均不变,光屏上相邻两条亮条纹间距不变;平面镜竖直向下移动少许,双缝的间

距增大,光屏上相邻两条亮条纹间距将变小,A错误,B正确。双缝干涉相邻两条亮条纹间距为Δx=

mm,根据双缝干涉条纹间距公式可得Δx=

λ,联立解得该单色光的波长λ约为6.33×10-7m,C正确,D错误。2.情境变异·干涉条纹→光谱谱线保持双缝间的距离不变,如图所示为巴耳末系在可见光区

的四条谱线,用其中的Hβ、Hγ进行实验,四条谱线的波长λ满足

=R∞

(n=3,4,5,6,其中n=3对应Hα),形成的干涉图样中,相邻两条亮纹间的距离较小的谱线是

(填“Hβ”或“Hγ”)。

答案Hγ

解析根据Δx=

λ可知,波长越短,相邻两条亮条纹间距越小,由于Hγ的波长小于Hβ的波长,故相邻两条亮纹间的距离较小的谱线是Hγ。(2024安徽,11,6分)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。真题试练4:测量玻璃的折射率图甲(1)为测量玻璃的折射率,按图甲所示进行实验,以下表述正确的一项是

。(填正确答案标号)A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2把P1挡住,这样就可以

确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、P2都挡住,再插上大头针P4,使它把

P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点O2C.实验时入射角θ1应尽量小一些,以减小实验误差(2)为探究介质折射率与光的频率的关系,分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分

界面。保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图,并标记红光和绿光,如图乙所示。此实验初步表

明:对于同一种介质,折射率与光的频率有关,频率大,折射率

(填“大”或“小”)。

(3)为探究折射率与介质材料的关系,用同一束激光分别入射玻璃砖和某透明介质,如图丙、丁所示。

保持相同的入射角α1,测得折射角分别为α2、α3(α2<α3),则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃

n介质(填“>”或“<”)。此实验初步表明:对于一定频率的光,折射率与介质材料有关。答案(1)B(2)大(3)>解析(1)在白纸上画出一条直线a作为界面,把长方体玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边与a对齐,用

直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动,将玻璃砖取下,画出直线a'代表玻璃

砖的另一边,而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a',A错误,B正确;为了减小实

验误差,实验时应使入射角θ1尽量大一些,C错误。(2)由题图乙可知,入射角相同,绿光的折射角小于红光的折射角,根据光的折射定律n=

,可知绿光的折射率大于红光的折射率,又因为绿光的频率大于红光的频率,所以频率大,折射率大。(3)根据折射定律可知,玻璃的折射率为n玻璃=

,该介质的折射率为n介质=

,其中α2<α3,所以n玻璃>n介质。

探究1拓展设问①设问1:为减小作图误差,P3、P4间的距离应适当大一些还是小一些?②设问2:如果有宽度不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度大一些还是小一些的玻璃

砖来测量?③设问3:甲、乙两位同学分别在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系如图甲、乙所示,其中甲

同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖,他们的其他操作均正确,且均以aa'、bb'为界面画光

路图。则:

解法重构甲同学测得的折射率与真实值相比

,乙同学测得的折射率与真实值相比

。(均填“偏

大”“偏小”或“一样大”)答案①为减小作图误差,P3、P4间的距离应适当大一些。②为减小折射角的测量误差,应使折射光线适当长一些,故应选宽度大一些的玻璃砖来测量。③由所画光路图可知,甲同学测得的折射角比真实的折射角大,根据n=

可知,折射率与真实值相比偏小。乙同学所用梯形玻璃砖上、下表面与aa'、bb'完全重合,所画光路与真实光路相同,则测得的折

射率与真实值相比一样大。

探究2图像表征某同学测定一块玻璃的折射率,他用测得的多组入射角θ1与折射角θ2作出sinθ1-sinθ2图像,如图所示。下

列说法正确的是

()DA.由图像可推断入射角与折射角成正比B.该实验研究的是光从玻璃射入空气的折射现象C.该玻璃的折射率为0.67D.光从该玻璃以60°入射角射入空气时会发生全反射解析由题图可推断入射角正弦值与折射角正弦值成正比,A错误;由题图知,入射角比折射角大,光线

应是从空气射入玻璃,B错误;图线的斜率k表示玻璃折射率,由题图得折射率n=

≈1.5,C错误;设光从该玻璃射入空气时发生全反射的临界角为C,由n=

得sinC=0.67,因为sin60°=

>0.67,所以光从该玻璃以60°入射角射入空气时会发生全反射,D正确。1.考向变异·角度→距离

(2023海南,14,6分)如图所示,在用激光测玻璃砖折射率的实验中,玻

璃砖与光屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一定角度照射,此时在光屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,

光点移到S2处。

(1)请在图中画出激光束经玻璃砖折射后完整的光路图;(2)已经测出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,则折射率n=

(用l1、l2、l3表示);(3)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验,则S1、S2间的距离会

(填“变大”“变小”或“不变”)。探究3

同类竞探解析(1)光线穿过平行玻璃砖的出射光线和入射光线平行,过S1作BS2的平行线,交ad于C点,连接OC,光

路图如图所示。

(2)设入射角为i,折射角为γ,根据几何关系可知,入射角的正弦值sini=

,折射角的正弦值sinγ=答案(1)见解析图(2)

(3)变小

,根据折射定律有n=

=

。(3)若玻璃砖的宽度变小,ad边与两条光线的交点距离变小,即BC变小,则S1、S2间的距离也会变小。2.情境变异·玻璃→液体某研究小组的同学根据所学的光学知识测量液体折射率。

(1)取一个圆形的薄板(忽略厚度),用游标卡尺测其直径d的示数如图甲所示,则d=

mm;(2)在薄板的圆心处竖直插上一根大头针,让薄板浮在液面上(如图乙所示);(3)调整大头针插入薄板的深度,使它浸在液体里的长度为h,这时从液面上方的各个方向都恰好看不到

大头针;(4)所测液体的折射率可表示为

(用符号d和h表示)。答案(1)50.20(4)

解析(1)20分度游标卡尺的精确度为0.05mm,由题图甲可知薄板直径为d=50mm+4×0.05mm=50.20mm(4)由于从液面上方的各个方向都恰好看不到大头针,表明恰好发生全反射,光路图如图所示根据几何关系有sinC=

又sinC=

联立解得折射率为n=

累积法在测量微小量的时候,我们常常将微小的量累积成一个比较大的量进行测量,进而减小测量误差。例

如,在“用双缝干涉测量光的波长”实验中并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx,而是先测量第1个和

第n个亮条纹的间距再求出Δx;在“用单摆测重力加速度”的实验中单摆周期的测量也用到该方法。解法密钥思维方法

考查形式

高考对于热学实验、光学实验的考查主要有用油膜法估测油酸分子的大小、探究等温情况下一定质

量气体压强与体积的关系、用双缝干涉实验测量光的波长、测量玻璃的折射率,大多数以实验题和选

择题形式进行考查。思维核心

实验的研究要注重实验的目的、原理、方法、器材、步骤、数据处理、误差分析等。对于实验数据

结合图像的处理方法,要有线性化数据处理思路;对于一些物理量的测量,要有转化思想,例如测量面积

用数格子的方法、测量压强用物体的重力替代等。考向探秘1.(2024广西,9,6分)(多选)如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射

到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S

到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a≪l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是

()A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为

λ解法特训ADB.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为

λC.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,此时单色光的波长变为nλD.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率

为

λ解析根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a,根据相邻两条亮(暗)条纹间距公式

可知Δx'=

λ=

λ,A正确,B错误;整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,光的频率f不变,根据λf=c,v=fλ1=

(其中c为真空中的光速),可得λ1=

,C错误;整套装置完全浸入某种透明溶液中,设该溶液的折射率为n',光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,有Δx=

λ2,可得该单色光在该透明溶液中的波长λ2=

,又λ2=

,解得n'=

λ,D正确。

2.(2024湖北,11,7分)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA',

并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图(A)所示。

②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP',M'、P'是垂足,并用刻度尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像,如图(B)所示。(1)关于该实验,下列说法正确的是

(单选,填标号)。A.入射角越小,误差越小B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显(2)根据y-x图像,可得玻璃砖的折射率为

(保留三位有效数字)。(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果

(填“偏大”

“偏小”或“不变”)。解析(1)入射角太小,会导致折射角太小,测量的误差会变大,A错误;与插针法测量相比,激光的平行度

好,能更准确地确定入射光线和折射光线,从而更有利于减小误差,B正确;选择圆心O点作为入射点,是

因为便于计算,并不是因为此处的折射现象最明显,C错误。(2)设半圆柱体玻璃砖的半径为R,根据几何关系可得入射角的正弦值为sini=

,折射角的正弦值为sinr=

,折射率n=

=

,可知y-x图线的斜率大小等于折射率,即n=

≈1.58。(3)根据(2)中数据处理方法可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R,所以描画的轮廓线半径较

大对实验结果没有影响,则折射率的测量结果不变。答案(1)B(2)1.58(1.56~1.60均可)(3)不变3.油酸可以在水面形成单分子油膜。实验小组利用这一原理测定油酸的分子直径(将油酸分子视为球

状模型)。(1)实验步骤:①向体积为V1的纯油酸中加入酒精,直到油酸酒精溶液总体积为V2;②用注射器吸取油酸酒精溶液,一滴一滴地滴入小量筒,当滴入n滴时体积为V0;③往方口浅盘里倒入适当深度的水;④往水面上均匀撒上薄薄的一层爽身粉,然后用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,等油膜形状稳定

后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描出油膜的轮廓;⑤将画有油膜轮廓的玻璃板放在画有边长为a的正方形小方格的坐标纸上;⑥数出轮廓范围内小方格的总数为N。(2)实验误差分析:油膜未充分散开时描下轮廓,则所测分子直径

(填“偏大”或“偏小”);测量油酸酒精溶液体积时,量筒读数造成的误差属于

(填“偶然误差”或“系统误差”)。(3)原理:由上述实验步骤测得的数据(V1、V2、n、V0、a、N)可得油酸分子直径的表达式为d=

。(4)估算:实验室的方形浅盘规格为40cm×40cm,用注射器滴出的一滴油酸酒精溶液的体积约为0.02

mL,油酸分子的直径按6×10-10m估算,为使实验尽可能精确,配制的油酸酒精溶液浓度

应选

(填选项序号)。A.

B.

答案(2)偏大偶然误差(3)

(4)B解析(2)油膜未充分散开时描下轮廓,导致面积的测量