82　第十三章　第73课时　光学实验 (实验课)

第十三章光第73课时光学实验(实验课)

(一)测量玻璃的折射率

三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚)、图钉(四枚)、量角器(或圆规)、三角板(或直尺)、铅笔。四、实验步骤1．首先把白纸铺在木板上并用图钉将白纸固定。2．在白纸上画一直线aa'作为界面，过aa'上的一点O画出界面的法线NN'，并画一条线段AO作为入射光线。3．把长方体玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa'重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb'。4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。5．从玻璃砖bb'一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb'一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像。6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4四枚大头针的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O'B交bb'于O'。连接O、O'，OO'就是玻璃砖内折射光线的径迹。∠AON为入射角，∠O'ON'为折射角。7．改变入射角，重复实验。

六、注意事项1．实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O'之间距离要稍大一些。2．入射角i不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。太大：反射光较强，折射光较弱；太小：入射角、折射角测量的误差较大。3．操作时，手不能触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画边界线。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。七、误差分析1．入射光线、出射光线的确定造成误差，故入射侧、出射侧所插的两枚大头针间距应大一些。2．入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量误差。类型1

教材原型实验[典例1]

(2024·安徽卷)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。(1)为测量玻璃的折射率，按如图甲所示进行实验，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．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B

(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。频率越大，折射率越________(选填“大”或“小”)。(3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微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________(选填“>”或“<”)n介质。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。大>[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'，故A错误；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O2，故B正确；为减小实验误差，实验时入射角θ1应尽量大一些，但也不能太大，故C错误。

类型2

探索创新实验[典例2]

(2025·福建卷)(1)为测糖水的折射率与浓度的关系，设计如下实验：某次射入激光，测得数据如图甲所示，则糖水的折射率为________。(2)改变糖水浓度，记录数据如表：将30%的数据在图乙中描点后并连线，糖水浓度每增加10%，折射率的增加值为________(保留两位有效数字)。n1.321.341.351.381.42η(%)10%20%30%40%50%

见解析图0.023

【创新点解读】

本实验创新点在于测糖水的折射率与浓度的关系，既有测折射率，又有糖水浓度变化时其折射率也变化。

(二)用双缝干涉测量光的波长三、实验器材双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)，另外还有学生电源、导线、刻度尺。四、实验步骤1．观察干涉条纹(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。(2)接好电源，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的轴线到达光屏。(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5～10cm，这时，可观察白光的干涉条纹。(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。

六、注意事项1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且注意保养。2．安装时，应调节光源、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。3．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。4．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；干涉条纹不清晰的一般原因是单缝与双缝不平行。故应正确调节。类型1

教材原型实验[典例3]

(2024·河北卷节选)某同学通过双缝干涉实验测量单色光波长，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：根据表中数据，判断单色光1为______(选填“红光”或“绿光”)。单色光类别x1/mmx6/mm单色光110.6018.64单色光28.4418.08绿光

类型2

探索创新实验[典例4]洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S'。(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，______相当于另一个“缝”。

(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15mm，单缝到光屏的距离D＝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22.78mm，则该单色光的波长λ＝________m(结果保留一位有效数字)。

S'

6×10-7(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离____。

A．将平面镜稍向上移动一些B．将平面镜稍向右移动一些C．将光屏稍向右移动一些D．将光源由红色光改为绿色光AC

【创新点解读】

本实验采用入射到平面镜上的光经过反射到屏上，与直接投射到屏上的光形成干涉条纹，来测量光的波长。课时作业(七十三)光学实验(实验课)1．(2025·重庆一模)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，如图甲所示，在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，确定入射光线AO。现需在玻璃砖另一侧插上P3和P4大头针，以确定光在玻璃砖中的折射光线。题号1324(1)下列确定P3位置的方法正确的是________。A．透过玻璃砖观察，使P3挡住P2的像B．透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像C．先插上P4大头针，在靠近玻璃砖一侧使P3挡住P4，从而确定P3的位置(2)在图甲中作出光在玻璃砖中的光线和从玻璃砖中出射后的光线的光路图，并画出玻璃砖中光线的折射角θ2。(3)经过多次测量作出sinθ1-sinθ2的图像如图乙所示，则玻璃砖的折射率为________。(保留三位有效数字)题号1324B

图见解析1.25

题号1324

题号132465.0

6.50×10-7

变小

题号13243．某同学在利用“插针法”测量一块红色直角三角形玻璃砖的折射率时发现，由于玻璃的颜色较深，在另一侧很难观测到对侧所插的针，他想到可以用实验室的红色激光器来完成实验。如图所示，他在木板上固定好白纸，放好玻璃砖，正确作出了界面MN、MP、NP，然后让很细的激光平行于木板从玻璃砖的上界面MN入射。题号1324

题号1324B

A

(3)若激光器正常发光，平行于MN从玻璃砖NP界面垂直射入玻璃砖，如图中虚线箭头所示。该同学发现在MP一侧始终找不到出射光线，则原因是_____________________________；该同学在MP一侧没有找到出射光线，但在MN一侧找到了出射光线，他依然用被激光照亮的针确定了激光在MN一侧的出射光线和NP一侧的入射光线，则测量后他_____(选填“能”或“不能”)计算出玻璃的折射率。题号1324激光在MP界面上发生了全反射能

题号13244．(2025·广东广州模拟)某同学利用如图甲所示装置测量某种单色光波长。实验时，使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：题号1324(1)关于本实验，下列说法正确的是________。

A．若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴B．A处为单缝、B处为双缝，滤光片在A和B之间C．A处为单缝、B处为双缝，滤光片在凸透镜和A之间D．若想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以换用间距更小的双缝题号1324AC

(2)某次测量时，选用的双缝间距为0.4mm，测得屏与双缝间的距离为0.5m，用某种单色光实验得到的干涉条纹如图乙所示，分划板在图中M、N位置时游标卡尺的读数如图丙所示，则M位置对应的读数为_______mm，N位置对应的读数为15.6mm，则所测单色光的波长约为________nm(结果保留整数部分)。

题号132410.9

627

(3)若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行，如图丁所示，在这种情况下测量相邻两亮条纹间距Δy，则波长λ的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。题号1324大于

题号1324

题号1324章末巩固(十三)光一、单选题1．(2025·江苏南京模拟)观看立体电影时要戴由偏振片制成的眼镜，眼镜左右镜片透振方向的夹角是(

)A．0°

B．30°C．60°

D．90°√题号13524687D

[观看立体电影时要戴由偏振片制成的眼镜，由于左右两个放映窗口前的偏振片的透振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直，这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众，两束光的偏振方向仍然垂直，所以眼镜左右镜片透振方向的夹角是90°，故选D。]2．(2023·江苏卷)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是(

)√题号13524687A

BC

DA

[由n1sin

θ上＝n2sin

θ下可知，越靠近地球表面，空气的折射率越大，从光疏介质射入光密介质的光路如图所示，随着折射率不断变大，太阳光不断向法线方向偏折，A正确。]题号135246873．(2025·贵州毕节模拟)图甲为光导纤维的示意图，图乙表示单色光从上方射入一端夹着两张纸片的两块平板玻璃，下列说法正确的是(

)A．光导纤维中，内芯的折射率小于外套的折射率B．光导纤维中，若光源是白光，则从光导纤维中射出的光一定是彩色的C．图乙中，从上往下看，能看到明暗相间的条纹，是因为光发生了衍射现象D．图乙中，从上往下看，能看到明暗相间的条纹，是因为光发生了干涉现象√题号13524687D

[光导纤维是利用全反射现象传输信号的，内芯是光密介质，即内芯的折射率大于外套的折射率，若光源是白光且所有颜色光在光导纤维均能发生全反射，则所有颜色光的传播路径完全相同，从光导纤维中射出的光仍然是白光，故A、B错误；题图乙中从上往下看，能看到明暗相间的条纹，是因为光发生了干涉现象，故C错误，D正确。]题号135246874．彩虹是雨后太阳光射入空气中的水滴先发生折射，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再次发生折射形成的。如图所示，一束太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，一条是红光，另一条是紫光。则下列说法正确的是(

)A．a光是红光，b光是紫光B．若用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小于b光条纹间距C．若遇到相同的障碍物，a光比b光更容易发生明显衍射D．在水滴中传播时，a光的速度大于b光的速度√题号13524687

题号13524687二、多选题5．(2025·山东青岛一模)某同学为观察双缝干涉和单缝衍射实验现象，准备了玻璃片、刀片、蜡烛、红蓝两支激光笔、光屏等器材。他先用蜡烛将玻璃片的一面熏黑，再用刀片在熏黑的一面割制成一组双缝和一条单缝。实验中，他将玻璃片和光屏竖直平行放置，再用激光笔照射单、双缝，得到如图甲、乙图样，图丙中激光笔垂直玻璃板照射，屏中心O到两狭缝S1、S2的距离相等，P为光屏上的一点，则下列说法正确的是(

)A．图乙是单缝衍射图样B．激光笔照射单缝时，红光得到的图样的中央亮纹的宽度比蓝光的稍宽C．激光笔照射双缝时，若将屏向远离双缝方向移动，条纹间距将变宽D．激光笔照射双缝时，若P到两狭缝S1、S2的距离差为入射光波长的5倍，则P处为暗条纹√√题号13524687

题号135246876．如图所示，一束光由空气斜射到透明介质球上的A点，入射角为i，则(

)A．当i足够大时，在A点将发生全反射B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射C．无论i多大，在A点都不会发生全反射D．无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射√√题号13524687CD

[光从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射，因此光在A点由空气射入介质球，肯定不会发生全反射。如图所示，对于球上任意一点，球面法线一定过球心，设r为光从A点射入时的折射角，i'为光从B点射出时的入射角，它们为等腰三角形的两底角，由光路的可逆性可知，光线在B点射出时不可能等于或大于临界角，即光从B点射出时，也不可能发生全反射，在B点的反射光射向D点，从D点射出时也不会发生全反射，故选CD。]题号13524687三、非选择题7．某小组做测量玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。

A．选用两光学表面间距大的玻璃砖B．选用两光学表面平行的玻璃砖C．选用粗的大头针完成实验D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些题号13524687AD

(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线(互相平行)和四个大头针扎下的针孔如图所示，其中实验操作正确的是________。

题号13524687A

B

C

DD

(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示，则玻璃的折射率n＝________(用图中线段的字母表示)。题号13524687

(4)在用插针法测量玻璃的折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置(图中阴影)的关系分别如图乙中①、②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。则甲同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

题号13524687偏小不变[解析]

(1)为了使作图误差更小，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，A正确；根据折射定律可知，如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折射率的测定结果不产生影响，B错误；为了准确测量光路图，应选用较细的大头针来完成实验，若选用粗的大头针完成实验，容易出现观察误差，从而造成测量误差，C错误；插在玻璃砖同侧的两枚大头针之间的距离应适当大些，引起的角度误差会减小，D正确。(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确。题号13524687

题号135246878．(2025·云南卷)用光学显微镜观察样品时，显微镜部分结构示意图如图甲所示。盖玻片底部中心位置O点的样品等效为点光源，为避免O点发出的光在盖玻片上方界面发生全反射，可将盖玻片与物镜的间隙用一滴油填充，如图乙所示。已知盖玻片材料和油的折射率均为1.5，盖玻片厚度d＝2.0mm，盖玻片与物镜的间距h＝0.20mm，不考虑光在盖玻片中的多次反射，取真空中光速c＝3.0×108m/s，π＝3.14。(1)求未滴油时，O点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积(结果保留两位有效数字)；(2)滴油前后，光从O点传播到物镜的最短时间分别为t1、t2，求t2－t1(结果保留两位有效数字)。题号13524687

题号13524687

题号13524687[答案]

(1)1.0×10-5m2

(2)3.3×10-13s阶段检测(六)第十二章至第十三章题号135246879一、单选题1．如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(

)A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫√

题号1352468792．(2025·浙江杭州一模)图甲为智能停车位，车位地面预埋有自感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路。当车辆靠近自感线圈L时，相当于在线圈中插入铁芯，使自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率的变化，智能停车位计时器根据振荡电流频率的变化，进行计时。某次振荡电路中的电流随时间的变化如图乙所示，下列说法正确的是(

)A．t2时刻电容器C所带电荷量为0B．t1到t2过程，线圈L中磁场能在增大C．t1到t2过程，线圈L的自感电动势在增大D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位√题号135246879

题号1352468793．(2025·北京模拟)在匀强磁场中，一个矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示。产生的交变电压随时间变化的图像如图乙所示，则(

)A．t＝0.005s时线框的磁通量变化率为0B．t＝0.01s时线框平面与磁场方向垂直C．线框产生的交变电压有效值为311VD．线框产生的交变电压频率为100Hz√题号135246879

题号135246879

√题号135246879

题号135246879

√题号135246879

题号135246879

√√题号135246879

√√题号135246879

题号135246879三、非选择题8．某学习小组通过实验测定一截面为半圆形玻璃砖的折射率n，可用的实验器材有半圆形玻璃砖、白纸、激光笔、刻度尺、游标卡尺、光屏、圆