实验【讲】高考物理一轮复习（新高考）解析版

专题1L3本专题实脸【讲】

【讲核心素养】

科学实验:

1、通过实验，理解光的折射定律。会测量材料的折射率。

2、会用双缝干涉实验测量光的波长

【讲考点题型】

【知识点一】实验：测定玻璃的折射率.

1.实验原理

如图所示，当光线A。以一定的入射角?穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线

A0对应的出射光线08,从而画出折射光线00,求出折射角为，再根据〃=鬻或及=黑计算

oil1V

出玻璃的折射率一

2.实验器材

木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔。.

3.实验步骤

（1）用图钉把白纸固定在木板上。

（2）在白纸上画一条直线〃"，并取ad上的一点。为入射点，作过。点的法线MMZ.

（3）画出线段A0作为入射光线，并在A0上插上P、P2两根大头针。.

（4）在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线ad对齐，并画出另一条长边的对齐线协，。

（5）眼睛在况/的一侧透过玻琦砖观察两个大头针并调整视线方向，使P的像被P2的像挡住，然

后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P、Pi的像，再插上尸4,使2挡住P3和Pi、Pi的像。

（6）移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针凸、周的针孔位置确定出射光线。8及出射点O，，连接

。、。'得线段。。'。.

（7）用量角器测量入射角？和折射角仇，并查出其正弦值sin仇和sin仇。.

（8）改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的鬻，并取平均值。.

oi1102

4.数据处理

（1）计算法：用量角器测量入射角仇和折射角伪，并查出其正弦值sin。1和sin仇。算出不同入射

角时的繇，并取平均值。.

（2）作sin夕一sin/图像：改变不同的入射角小，测出不同的折射角为，作sin夕一sin02的图像，

由〃=鬻可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。.

（3）“单位圆"法确定sin小、sin（92,计算折射率〃。.

以入射点。为EI心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线A。于E点，交折射光线。。，于E

点，过E作NM的垂线过E作AN的垂线E7T,如图3所示，sin0=示，sin/=而，OE

=0E=R,则〃=翳=黑。只要用刻度尺量出四、EH的长度就可以求出〃。.

Sin（72Lri

【例1】（2022•浙江温州・二模）在“测定玻璃的折射率”实验时：

（1）下列做法正确的是；

A.入射角越大，误差越小

B.画出玻璃砖边界面后，实验过程中玻璃砖就可以任意移动了

C.插大头针时，要尽量让针史于竖直状态且间距适当远一些

D.所用玻璃砖必须是平行玻璃砖，用其他形状的玻璃砖无法测得其折射率

（2）某学生在插第三枚大头针△时，在视线中看到匕、月两枚大头针“断”成了四截,

如图所示。正确的做法是让巴同时挡住_____0

c\d

A.a>bB.c>dC.a>cD.b>d

【答案】CB

【解析】（1）A.入射角不宜太大也不宜太小，入射角过大，会使折射光线亮度变暗，入射角太小

则入射角、折射角的相对误差较大，A错误；

B.实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变，B错误；

C.插大头针时，让针处于竖直状态且间距适当远一些有助于减小误差，C正确；

D.除了平行玻璃砖其他形状的玻璃砖也能测出折射率，D错误；

故选C。

（2）在本实验中匕应挡住6、6透过玻璃砖的像而不是4、巴，图中4、b为P'、与，C、d为A、

巴透过玻璃徜的像，即应让6同时挡住八"，故选

【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学实验。.

【变式训练1]（2022・浙江•模拟预测）某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，作出的光路图

及测出的相关角度如图所示。

（1）下列那些操作有助于减小测量误差__________o

A.选用较粗的大头针，以便大头针的像能看得清晰

B.选用宽度适当大一点的玻璃砖

C.入射角不要过大，也不要过小

D.尸3和尸4两针的距离要适当远一点

E.玻璃砖的前后两个侧面务必平行

（2）本实验采用先画入射光线，再插上P/和P2两针，因入射光线已经画好，故只要尸/和P2两针

插得准、插得直就可以，对两针距离远近没有要求，这个说法是___________的。（填“正确”或

“错误”）

（3）某同学在插刊这枚针的时候不小心插得偏右的了一点，此操作会导致折射率的测量值

。（填“偏大”、“不变”或“偏小”）

【答案】BCD错误偏小

【解析】（1）A.选用较粗的大头针，对确定光线的方向会产生更大的误差，选项A错误；

B.选用宽度适当大一点的玻璃砖，偏折现象更加明显，有助于减小误差，选项B正确；

C.入射角大小要适当，不要过大，也不要过小，有助于减小误差，选项C正确；

D.P3和P/两针的距离要适当远一点，可减小确定光线方向时产生的误差，选项D正确；

E.即使玻璃砖的前后两个侧面不平行，但只要操作正确，也不会产生误差，选项E错误。故选

BCDo

（2）尽管入射光线己经画好。但是在插针P3和针P4时仍需要观察，故针P和针尸2插得适当远一

点可以减小插针误差，所以这个说法是错误的。

（3）为这枚针插得偏右一点，此操作会导致出射光在玻璃砖上的出射点左移，从而导致折射角的

测量值偏大，根据

sin/

n=-----

sinr

可知，折射率的测量值偏小。

【方法总结】注意事项

（1）实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且Pl和P2之间、P3和P4之间、P2与0、P3与。

之间距离要稍大一些.

（2）入射角&不宜太大（接近90。），也不宜太小（接近0。）.

（3）操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线.

（4）实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变.

（5）玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大.

【知识点二】实验：用双缝干涉测光的波长

1.实验原理

单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮（暗）条纹间距1与双缝间

距"、双缝到屏的距离/、单色光波长2之间满足2=%..

2.实验过程

（1）观察双缝干涉图样.

①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示..

光源波光片单缝双缝遮光筒毛玻璃屏

曰m

②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光、

③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏.

④安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行，二者间距约为5〜

10cm..

⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹..

(2)测定单色光的波长

①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹..

②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记为第1条亮条

纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数，将该条纹记

为第n条亮条纹.

③用刻度尺测量双缝与光屏间距离/(d是已知的)..

④改变双缝间的距离4,双缝到屏的距离/,重复测量..

3.数据处理

(1)条纹间距—="三二

n~1

(2)波长

(3)计算多组数据，求人的平均值..

4.注意事项

(1)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、

双缝平行且间距适当..

(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近..

(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不

共轴所致；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行所致.

【例2】(2022•北京•高三开学考试)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中：

①②③④⑤⑥

N*(

一

J,^-一

-UU

t-i

AA

（1）在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤色片、③________、④_________、⑤遮

光筒、⑥光屏（含测量头）。

（2）利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是（）

A.将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄

B.将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变宽

C.将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变宽

D.换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄

E.去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失

（3）在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹记为第1条亮纹，

此对手轮上的示数如左图所示，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对

齐，此时手轮上的示数如右图所示，则此示数为mm,由此可求得相邻亮纹的间距以为

（4）已知双缝间距d为29x107,测得双缝到屏的距离/为0.700m,由计算式％=,求

得所测红光波长为mno

Md

【答案】单缝双缝ABD13.8702.3101660

【解析】（1）由图可知，③为单缝，④为双缝；

A2/

（2）A.将光屏移近双缝时，，减小，则由d可知，在其他条件不变时，干涉条纹间距变窄,

故A正确：

B.将滤光片由蓝色的换成红色的，则波长力变大，所以其他条件不变时，干涉条纹间距变宽，故

B正确；

C.将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变时，干涉条纹间距不变，故C错误；

D.换一个两缝之间距离更大的双缝，则d变大，在其他条件不变时，干涉条纹间距变窄，故D正

确；

E.去掉滤光片，其他条件不变，会形成白光的彩色干涉条纹，故E错误。

故选ABDo

（3）由右图可得读数为

x2=13.5mm+37.0x0.01mm=13.870mm

由左图可得读数为

X)=2mm+32.()x().()hnm=2.320nun

则相邻亮纹的间距©为

A-%113.870-2.320一1

Ax=—.....L=---------------------mm~.310mm

55

A/

^x=——

(4)由d可得

,bxd

Z=------

/

代入数据解得，波长为

^^IOXIO^X^.OXIQ-4

m=6.6x10ni=660nm

0.700

【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学实验。.

【变式训练2]（2022・广东•高三开学考试）某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其

实验装置如图所示。

A遮光筒毛玻璃屏

IB

^

一

一

U■一一.

^..7……1+・

I(-

aa

（1）为测量该单色光的干涉条纹宽度，各仪器安装位置如图所示，图中A为滤光片,B为

（填“单缝”或“双缝”），C为（填“单缝”或“双缝”）。

（2）在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时：

①观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝__________（填“垂直”或“平行”），

从而使条纹变得清晰。

②要想增加从目镜中观察到的条纹个数，需将毛玻璃屏向（填“靠近”或“远离”）双

缝的方向移动。

（3）下列图示中条纹间距表示正确是（填正确答案标号）。

A.(JAxFB.MAv

亮纹

暗纹

C.(OFD.