第十一讲 光学实验 -2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册复习讲义

该高中物理复习讲义通过表格系统梳理“测定玻璃的折射率”“用双缝干涉测光的波长”两个实验，涵盖目的、原理、器材等要点，结合图示呈现光路图与实验装置，清晰呈现实验原理与操作步骤的内在联系，突出重难点分布。 讲义亮点在于考向分析的例题设计，如测定折射率的步骤排序题（科学探究）、双缝干涉条纹间距计算题（科学思维），巩固练习覆盖冰块、半圆柱形玻璃砖等情境，帮助不同层次学生掌握实验方法，支持教师实施精准化单元复习教学。

粤教版（2019）选择性必修第一册复习讲义 第十一讲 光学实验 知识梳理 一.测定玻璃的折射率 实验目的 测量玻璃的折射率，掌握光线发生折射时入射角和折射角的确定方法。 实验原理 如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而得出折射光线OO′和折射角θ2，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率。 实验器材 白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。 二、用双缝干涉测光的波长 验目的 1.理解双缝干涉实验原理。 2.观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 3.测定单色光的波长。 实验原理 如图所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ、双缝间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示。 实验器材 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、 双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 考向分析 考向一：测定玻璃的折射率 例1.测定玻璃折射率的实验原理：如图所示，入射光线P1P2由空气射入玻璃砖，经OO1后由P3P4方向射出。作出法线NN1 (1)插上大头针P₃，使P₃挡住 ，插上大头针P4，使P4挡住 ； (2)若入射角为，折射角为r，则玻璃折射率为n= 若实验中玻璃砖为等厚的，随着入射角的变化，光在O1位置能否发生全反射? （填“能”或“不能”）。 例2.用“插针法”测量如图（a）所示的等腰三角形玻璃砖的折射率。 (1)以下实验步骤，正确的步骤顺序为 。 ①在白纸上分别画出玻璃砖三条边对应的直线AB、AC、BC（A、B、C分别为三条直线的交点），并作一条直线MN与BC平行，测得，如图（b）所示； ②测得入射光线与AB的夹角为i； ③在AB左侧光路上竖直插上大头针，撤去玻璃砖，在白纸上借助大头针所插位置绘制光路； ④将玻璃砖放置且重合于A、B、C三点，用激光笔发出红光，调整入射角，使红光恰好经过直线MN； (2)在步骤③中，两枚大头针的插入顺序为 （选填“”或“”）； (3)玻璃砖对红光的折射率为 ； (4)为探究玻璃砖折射率与光的频率的关系，改用蓝激光笔发射蓝光重复（1）中实验步骤，记录入射光线与AB的夹角为，如图（c）所示，测得。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 （填“大”或“小”）。 例3.．(1)某实验小组用三角形玻璃砖ABC做“测定玻璃折射率”的实验。如甲图所示，他们将玻璃砖平放在白纸上，并沿界面作出两条直线AB和CB，在直线AB一侧插上大头针P1、P2以记录入射光线的方向，眼睛在玻璃砖的另一侧观察，并插上大头针P3、P4以记录折射光线的方向。请在甲图中用直尺补充光线在两个界面发生折射的完整的光路图。 (2)小组中一名同学在处理实验数据时，由于没有量角器，决定仅用一把直角三角板（含毫米刻度尺）完成折射率的测量。乙图是他记录的入射光线、折射光线、界面和法线。为了方便测量，他以入射点O为圆心作了一个圆，圆与入射光线的交点为P，与折射光线的交点为M，如图中虚线所示。请你在此基础上继续完成实验： ①在乙图中用虚线作出需要测量长度的线段PQ、MN，并标明字母Q与N（用黑色字迹的钢笔或签字笔作答） ； ②用毫米刻度尺测得PQ的长度为 cm；（测量时，以答题卡上的PQ线段长度为准） ③根据公式n= （用PQ、MN的关系式表示）、以及图中相应线段的测量值，可测得该玻璃的折射率为 （保留三位有效数字）。 考向二：用双缝干涉测光的波长 例1.某物理兴趣小组在用如图甲所示的双缝干涉实验装置测定光的波长实验中，通过目镜成功观察到光屏上的干涉条纹。 (1)某同学在实验过程中通过有关操作使干涉条纹由图乙变为图丙，他的操作是以下的那项（　　） A．换用长度更长的遮光筒 B．增大单缝到双缝的距离 C．换用间距更小的双缝 D．红色滤光片换成紫色滤光片 (2)在用游标卡尺测定某干涉条纹位置时，得到卡尺上的示数如图所示，则该干涉条纹位置是 cm。 (3)在测定某单色光波长的实验中，测得光源到单缝间距为L1，单缝到双缝间距为，双缝到光屏间距为，单缝宽为d1，双缝间距为d2，测得连续五条亮纹位置，其中第一条纹位置为x1，第五条纹位置为x5，则该单色光的波长为= 。 例2.在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。 (1)M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝和 。 (2)观察到干涉条纹如图乙所示。转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a时，手轮的读数继续转动手轮，使分划板中心刻线对准b时，手轮的读数如图丙所示， mm。 (3)若已知双缝间距d，双缝到屏的距离l，则待测光的波长为 。（用x1、x2、l和d表示） (4)某同学观察到如图所示图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差。若在这种情况下测出干涉条纹的间距，则波长的测量值 （填“大于”“小于”或“等于”）其实际值。 例3.下列是《普通高中物理课程标准》中列出的两个必做实验的部分相关内容，请完成以下填空。 (1)一滴油酸酒精溶液含质量为m的纯油酸，滴在液面上扩散后形成的最大面积为S。已知纯油酸的摩尔质量为M、密度为，阿伏加德罗常数为，则油酸所含的分子数N= ，油酸分子的直径d= (2)如图所示，某同学对以下实验装置进行调节并观察实验现象。 ①如图所示，a、b、c、d四个图是不同的双缝干涉或单缝衍射图样。 分析各图样的特点可以得到：c、d是光的 图样（选填“双缝干涉”或“单缝衍射”），若采用的实验装置相同，则形成a图样的光的波长 （选填“大于”“小于”或“等于”）b图样的光的波长。 ②若实验前已获知的数据有：双缝间的间距为d，双缝到屏的距离为l，经测量，n条亮条纹间的距离为a，写出计算该光波长大小的表达式 。 巩固练习 1．小明用纯净水、玩具激光笔、笔、油纸、三角板、量角器等器材。设计以下如图甲所示“测量冰块的折射率”的实验。 (1)实验步骤如下： ①将纯净水装进模具后放进冰箱，制得一块长方体的透明冰块； ②把冰块放在水平桌面的油纸上，并沿着冰块的上下边在纸上画出两条直线、； ③将激光笔固定在适当的位置，使它发出的光以一定角度斜射向冰块上边表面，用笔在油纸上标记出入射光线经过的点、入射光线与冰块上边表面的直线的交点O，以及折射光线从直线射出点； ④移开冰块，用三角板连接点与O点，O点与点，分别画出入射光线、折射光线与法线； ⑤用量角器分别测量入射角i与折射角r，记录在表格中，用公式 求出折射率n； ⑥多次改变入射角，重复上述步骤，记录多组入射角i和折射角r的数据。 ⑦根据实验数据，在如图乙所示坐标上描点，并画出一条经过A的直线（图中未画出），已知A点的坐标为，则该冰块的折射率为 。 (2)以下关于实验的说法正确的是______。 A．为了防止在冰块上表面发生全反射，入射角不能过大 B．如果激光笔发出的激光不是单色光，将会对测量结果有影响 C．为了减小误差，点与O点的距离应该适当近一些 (3)若小明在纸上画出的界面、与冰块位置的关系如图丙所示，且以、为界面画光路图且其他操作均正确，则小明测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 2．物理小组的同学测量半圆柱形玻璃砖的折射率，实验步骤如下∶ ①将坐标纸固定在水平面上，用刻度尺画出一条直线，并标记一点为； ②在坐标纸上画一条直线作为入射光线，并在入射光线上竖直插两枚大头针、； ③将半圆柱玻璃砖放到坐标纸上，使直径与直线MN重合，圆心和标记的O点重合； ④在玻璃砖的下方竖直插大头针P3。 回答下列问题： (1)如图所示，插大头针P3时，应该从玻璃砖的下方观察，让P3挡住 （选填“P1和P2”或“P2”）的像，并在答题卡上画出光路图 。 (2)已知坐标纸上的小方格均为正方形，则半圆柱玻璃砖的折射率为 （结果保留根号）。 (3)若半圆柱玻璃砖放置时，不小心使圆心偏离到标记的O点右侧，则用同样的步骤测得的折射率会 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 3．如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率： (1)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”）的玻璃砖来测量； (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 ； (3)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙二位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置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 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）；乙同学测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 4．某同学利用图a示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；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： (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列操作正确的是（　　） 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)实验中将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数；然后转动测量头，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图b所示，则 mm； (3)已知双缝间的距离，双缝到毛玻璃屏的距离，则可得这种光的波长 m（计算结果保留3位有效数字）； (4)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c所示，在这种情况测量相邻条纹间距，则波长的测量值 （填“大于”“小于”或“等于”）实际值。 5．某同学测量一半圆形透明玻璃砖的折射率，实验过程如下： ①用游标卡尺测量玻璃砖的直径d，确定其底面圆心位置并标记在玻璃砖上； ②将玻璃砖放在位于水平桌面并画有直角坐标系Oxy的白纸上，使其底面圆心和直径分别与O点和x轴重合，将一长直挡板紧靠玻璃砖并垂直于x轴放置，如图（b）所示； ③用激光器发出激光从玻璃砖外壁始终指向O点水平射入，从y轴开始向右缓慢绕O点移动激光器，直至恰好没有激光从玻璃砖射出至挡板上y﹤0的区域时，在白纸上记录激光束从玻璃砖外壁入射的位置P。 ④取走玻璃砖，过P点作y轴的垂线PQ，用刻度尺测量PQ的长度L。 根据以上步骤，回答下列问题： (1)测得半圆形玻璃砖直径d的读数如图（a）所示，则d= cm； (2)步骤③中，没有激光射至挡板上y﹤0区域的原因是激光束在玻璃砖直径所在界面处发生了 （选填“折射”或“全反射”）； (3)根据以上测量的物理量，若测得PQ线段的长度L=2.00cm，计算可得玻璃砖的折射率为n= 。（结果保留3位有效数字） 6．1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验）。应用洛埃镜测量单色光波长的原理如下： 如图所示，是单缝S通过平面镜成的像，如果S被视为双缝干涉中的一个缝，相当于另一个缝。单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里出现干涉条纹。 请回答下列问题： (1)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离___________； A．将平面镜稍向上移动一些 B．将平面镜稍向下移动一些 C．将光屏稍向右移动一些 D．将光源由红色光改为绿色光 (2)若光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为h和D，光屏上形成的相邻两条亮纹（或暗纹）间距离为，单色光的波长 ； (3)实验表明，光从光疏介质射向光密介质，会在界面发生反射，当入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，称为“半波损失”。已知h远小于D，如果把光屏向左平移到非常接近平面镜处，屏上最下方两束光相遇会相互 （选填“加强”或“减弱”）。 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 粤教版（2019）选择性必修第一册复习讲义 第十一讲 光学实验 知识梳理 一.测定玻璃的折射率 实验目的 测量玻璃的折射率，掌握光线发生折射时入射角和折射角的确定方法。 实验原理 如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而得出折射光线OO′和折射角θ2，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率。 实验器材 白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。 二、用双缝干涉测光的波长 验目的 1.理解双缝干涉实验原理。 2.观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 3.测定单色光的波长。 实验原理 如图所示，光源发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ、双缝间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示。 实验器材 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、 双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 考向分析 考向一：测定玻璃的折射率 例1.测定玻璃折射率的实验原理：如图所示，入射光线P1P2由空气射入玻璃砖，经OO1后由P3P4方向射出。作出法线NN1 (1)插上大头针P₃，使P₃挡住 ，插上大头针P4，使P4挡住 ； (2)若入射角为，折射角为r，则玻璃折射率为n= 若实验中玻璃砖为等厚的，随着入射角的变化，光在O1位置能否发生全反射? （填“能”或“不能”）。 【答案】(1) P1、P2的像 P3和P1、P2的像 (2) 不能 【详解】（1）[1][2]使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像。 （2）[1]根据光的折射定律可得 [2] 光在O1位置的入射角等于O位置的折射角，小于全反射临界角，故光在O1位置不能发生全反射。 例2.用“插针法”测量如图（a）所示的等腰三角形玻璃砖的折射率。 (1)以下实验步骤，正确的步骤顺序为 。 ①在白纸上分别画出玻璃砖三条边对应的直线AB、AC、BC（A、B、C分别为三条直线的交点），并作一条直线MN与BC平行，测得，如图（b）所示； ②测得入射光线与AB的夹角为i； ③在AB左侧光路上竖直插上大头针，撤去玻璃砖，在白纸上借助大头针所插位置绘制光路； ④将玻璃砖放置且重合于A、B、C三点，用激光笔发出红光，调整入射角，使红光恰好经过直线MN； (2)在步骤③中，两枚大头针的插入顺序为 （选填“”或“”）； (3)玻璃砖对红光的折射率为 ； (4)为探究玻璃砖折射率与光的频率的关系，改用蓝激光笔发射蓝光重复（1）中实验步骤，记录入射光线与AB的夹角为，如图（c）所示，测得。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 （填“大”或“小”）。 【答案】(1)①④③② (2) (3) (4)大 【详解】（1）根据实验的操作步骤，可知该实验的合理操作步骤为①④③②。 （2）在确定入射光线时，应先插离玻璃砖较近的大头针，再插离玻璃砖较远的大头针，这样更容易准确确定入射光线的方向。所以两枚大头针的插入顺序为。 （3）作出入射光法线、辅助线如图 几何关系可知折射角为、入射角为，则折射率 （4）已知，入射角变大，说明蓝光的偏折程度比红光更大。根据折射定律，偏折程度越大，折射率越大，而蓝光频率比红光大，所以对于同一种介质，频率越大，折射率越大。 例3.．(1)某实验小组用三角形玻璃砖ABC做“测定玻璃折射率”的实验。如甲图所示，他们将玻璃砖平放在白纸上，并沿界面作出两条直线AB和CB，在直线AB一侧插上大头针P1、P2以记录入射光线的方向，眼睛在玻璃砖的另一侧观察，并插上大头针P3、P4以记录折射光线的方向。请在甲图中用直尺补充光线在两个界面发生折射的完整的光路图。 (2)小组中一名同学在处理实验数据时，由于没有量角器，决定仅用一把直角三角板（含毫米刻度尺）完成折射率的测量。乙图是他记录的入射光线、折射光线、界面和法线。为了方便测量，他以入射点O为圆心作了一个圆，圆与入射光线的交点为P，与折射光线的交点为M，如图中虚线所示。请你在此基础上继续完成实验： ①在乙图中用虚线作出需要测量长度的线段PQ、MN，并标明字母Q与N（用黑色字迹的钢笔或签字笔作答） ； ②用毫米刻度尺测得PQ的长度为 cm；（测量时，以答题卡上的PQ线段长度为准） ③根据公式n= （用PQ、MN的关系式表示）、以及图中相应线段的测量值，可测得该玻璃的折射率为 （保留三位有效数字）。 【答案】(1) (2) 1.68（1.66~1.70） 1.56（1.55~1.65） 【详解】（1）大头针P1、P2的连线为入射光线，大头针P3、P4的连线为两次折射后的折射光线的方向，作出交点的垂线为法线，完整的光路图如图所示 （2）①[1]在乙图中用虚线作出需要测量长度的线段PQ、MN，如图所示 ②[2]毫米刻度尺读长度估读到0.1mm，PQ的长度为1.68cm（1.66cm~1.70cm）； ③[3]设圆的半径为R，根据折射定律的有，， 联立解得 [4]量出PQ、MN的长度值，可测得该玻璃的折射率为1.56（1.55~1.65）。 考向二：用双缝干涉测光的波长 例1.某物理兴趣小组在用如图甲所示的双缝干涉实验装置测定光的波长实验中，通过目镜成功观察到光屏上的干涉条纹。 (1)某同学在实验过程中通过有关操作使干涉条纹由图乙变为图丙，他的操作是以下的那项（　　） A．换用长度更长的遮光筒 B．增大单缝到双缝的距离 C．换用间距更小的双缝 D．红色滤光片换成紫色滤光片 (2)在用游标卡尺测定某干涉条纹位置时，得到卡尺上的示数如图所示，则该干涉条纹位置是 cm。 (3)在测定某单色光波长的实验中，测得光源到单缝间距为L1，单缝到双缝间距为，双缝到光屏间距为，单缝宽为d1，双缝间距为d2，测得连续五条亮纹位置，其中第一条纹位置为x1，第五条纹位置为x5，则该单色光的波长为= 。 【答案】(1)D (2) (3) 【详解】（1）干涉条纹由图乙变为图丙，观察到的条目增加，即条纹间距减小，由公式可知 AB．换用长度更长的遮光筒和增大单缝到双缝的距离，条纹间距不变，故AB错误； C．换用间距更小的双缝，即减小，则条纹间距增大，故C错误； D．红色滤光片换成紫色滤光片，即变小，则条纹间距减小，故D正确。 故选D。 （2）由图可知，该干涉条纹位置是 （3）根据题意可知，条纹间距为 由公式有 联立解得 例2.在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。 (1)M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝和 。 (2)观察到干涉条纹如图乙所示。转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a时，手轮的读数继续转动手轮，使分划板中心刻线对准b时，手轮的读数如图丙所示， mm。 (3)若已知双缝间距d，双缝到屏的距离l，则待测光的波长为 。（用x1、x2、l和d表示） (4)某同学观察到如图所示图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差。若在这种情况下测出干涉条纹的间距，则波长的测量值 （填“大于”“小于”或“等于”）其实际值。 【答案】(1)双缝 (2)9.764 (3) (4)大于 【详解】（1）M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。 （2）螺旋测微器的精确值为0.01mm，由图丙可知 （3）根据条纹间距公式 因为 联立解得波长 （4）在这种情况下测出干涉条纹的间距偏大，故波长的测量值偏大，即波长的测量值大于真实值。 例3.下列是《普通高中物理课程标准》中列出的两个必做实验的部分相关内容，请完成以下填空。 (1)一滴油酸酒精溶液含质量为m的纯油酸，滴在液面上扩散后形成的最大面积为S。已知纯油酸的摩尔质量为M、密度为，阿伏加德罗常数为，则油酸所含的分子数N= ，油酸分子的直径d= (2)如图所示，某同学对以下实验装置进行调节并观察实验现象。 ①如图所示，a、b、c、d四个图是不同的双缝干涉或单缝衍射图样。 分析各图样的特点可以得到：c、d是光的 图样（选填“双缝干涉”或“单缝衍射”），若采用的实验装置相同，则形成a图样的光的波长 （选填“大于”“小于”或“等于”）b图样的光的波长。 ②若实验前已获知的数据有：双缝间的间距为d，双缝到屏的距离为l，经测量，n条亮条纹间的距离为a，写出计算该光波长大小的表达式 。 【答案】(1) (2) 单缝衍射 大于 【详解】（1）[1]油酸所含的分子数 [2]油酸分子的直径 （2）①.[1]双缝干涉条纹是平行等距的，则a、b是双缝干涉条纹；单缝衍射条纹是平行不等距的，则c、d是光的单缝衍射图样； [2]若采用的实验装置相同，因a条纹间距较大，根据，则形成a图样的光的波长大于b图样的光的波长。 ②. [3]根据 其中 可得 巩固练习 1．小明用纯净水、玩具激光笔、笔、油纸、三角板、量角器等器材。设计以下如图甲所示“测量冰块的折射率”的实验。 (1)实验步骤如下： ①将纯净水装进模具后放进冰箱，制得一块长方体的透明冰块； ②把冰块放在水平桌面的油纸上，并沿着冰块的上下边在纸上画出两条直线、； ③将激光笔固定在适当的位置，使它发出的光以一定角度斜射向冰块上边表面，用笔在油纸上标记出入射光线经过的点、入射光线与冰块上边表面的直线的交点O，以及折射光线从直线射出点； ④移开冰块，用三角板连接点与O点，O点与点，分别画出入射光线、折射光线与法线； ⑤用量角器分别测量入射角i与折射角r，记录在表格中，用公式 求出折射率n； ⑥多次改变入射角，重复上述步骤，记录多组入射角i和折射角r的数据。 ⑦根据实验数据，在如图乙所示坐标上描点，并画出一条经过A的直线（图中未画出），已知A点的坐标为，则该冰块的折射率为 。 (2)以下关于实验的说法正确的是______。 A．为了防止在冰块上表面发生全反射，入射角不能过大 B．如果激光笔发出的激光不是单色光，将会对测量结果有影响 C．为了减小误差，点与O点的距离应该适当近一些 (3)若小明在纸上画出的界面、与冰块位置的关系如图丙所示，且以、为界面画光路图且其他操作均正确，则小明测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 【答案】(1) (2)B (3)偏小 【详解】（1）（1）⑤用量角器分别测量入射角i与折射角r，记录在表格中，用公式求出折射率n； ⑦由图像可知该冰块的折射率为 （2）A．激光从空气进入冰块，在上表面不会发生全反射，A错误； B．激光不是单色光，会导致光线发散，影响测量结果，B正确； C．两点之间距离远才有利于准确画出入射光线，C错误。 故选B。 （3）测定折射率时，作出的折射光线如下图中虚线所示 实线表示实际光线，可见折射角增大，则由折射定律可知，折射率将偏小。 2．物理小组的同学测量半圆柱形玻璃砖的折射率，实验步骤如下∶ ①将坐标纸固定在水平面上，用刻度尺画出一条直线，并标记一点为； ②在坐标纸上画一条直线作为入射光线，并在入射光线上竖直插两枚大头针、； ③将半圆柱玻璃砖放到坐标纸上，使直径与直线MN重合，圆心和标记的O点重合； ④在玻璃砖的下方竖直插大头针P3。 回答下列问题： (1)如图所示，插大头针P3时，应该从玻璃砖的下方观察，让P3挡住 （选填“P1和P2”或“P2”）的像，并在答题卡上画出光路图 。 (2)已知坐标纸上的小方格均为正方形，则半圆柱玻璃砖的折射率为 （结果保留根号）。 (3)若半圆柱玻璃砖放置时，不小心使圆心偏离到标记的O点右侧，则用同样的步骤测得的折射率会 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】(1) 和 (2) (3)偏小 【详解】（1）[1][2]插大头针时，从玻璃砖的下方观察，让挡住和的像，保证三枚大头针在同一条光路上；由于光线沿着半径方向出射，方向不变，故将O和连成一条线即可。如图所示 （2）设入射角为，由图可知 从点到O点，横着有4个小格，竖着有8个小格，设折射角为，有 半圆柱玻璃砖的折射率 （3）若半圆柱玻璃砖放置时，不小心使圆心偏离到O点右侧，光路图如图所示 用同样的步骤测量，仍将O和连成一条线，则折射角偏大，故测定的折射率会偏小。 3．如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率： (1)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”）的玻璃砖来测量； (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 ； (3)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙二位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置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 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）；乙同学测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 【答案】(1)大 (2)1.5 (3) 偏小 不变 【详解】（1）[1]为了减小折射角的测量误差，应使折射光线适当长些，即应选用宽度大的玻璃砖来测量。 （2）[1]根据折射定律 可知图像斜率的倒数等于n，即 （3）[1]甲同学所作折射光线（虚线）与实际折射光线（实线）如图所示 此时所测折射角比实际折射角偏大，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。 [2]虽然乙同学所用的是梯形玻璃砖，但在操作正确的情况下不影响入射角和折射角的测量，所以乙同学测得的折射率与真实值相比不变。 4．某同学利用图a示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；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： (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列操作正确的是（　　） 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)实验中将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数；然后转动测量头，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图b所示，则 mm； (3)已知双缝间的距离，双缝到毛玻璃屏的距离，则可得这种光的波长 m（计算结果保留3位有效数字）； (4)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c所示，在这种情况测量相邻条纹间距，则波长的测量值 （填“大于”“小于”或“等于”）实际值。 【答案】(1)B (2) (3) (4)大于 【详解】（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以减小相邻明（暗）条纹之间的距离，条纹间距离为 A．将单缝向双缝靠近，不影响条纹间距，故A错误； B．将屏向靠近双缝的方向移动，即减小双缝到屏的距离L，则减小，故B正确； C．将屏向远离双缝的方向移动，即增大双缝到屏的距离L，则增大，故C错误； D．使用间距更小的双缝，即减小双缝间的距离d，则增大，故D错误。 故选B。 （2）[1]手轮上的示数 （3）[1]根据小问2可知相邻亮条纹之间的距离 根据相邻亮条纹的距离 可得 （4）[1]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c所示，在这种情况测量相邻条纹间距时，将导致测量值大于实际值，由 可知，的测量值也将大于实际值。 5．某同学测量一半圆形透明玻璃砖的折射率，实验过程如下： ①用游标卡尺测量玻璃砖的直径d，确定其底面圆心位置并标记在玻璃砖上； ②将玻璃砖放在位于水平桌面并画有直角坐标系Oxy的白纸上，使其底面圆心和直径分别与O点和x轴重合，将一长直挡板紧靠玻璃砖并垂直于x轴放置，如图（b）所示； ③用激光器发出激光从玻璃砖外壁始终指向O点水平射入，从y轴开始向右缓慢绕O点移动激光器，直至恰好没有激光从玻璃砖射出至挡板上y﹤0的区域时，在白纸上记录激光束从玻璃砖外壁入射的位置P。 ④取走玻璃砖，过P点作y轴的垂线PQ，用刻度尺测量PQ的长度L。 根据以上步骤，回答下列问题： (1)测得半圆形玻璃砖直径d的读数如图（a）所示，则d= cm； (2)步骤③中，没有激光射至挡板上y﹤0区域的原因是激光束在玻璃砖直径所在界面处发生了 （选填“折射”或“全反射”）； (3)根据以上测量的物理量，若测得PQ线段的长度L=2.00cm，计算可得玻璃砖的折射率为n= 。（结果保留3位有效数字） 【答案】(1)6.43 (2)全反射 (3)1.61 【详解】（1）游标卡尺读数 d= （2）步骤③中，没有激光射至挡板上y﹤0区域的原因是激光束在玻璃砖直径所在界面处发生了全反射。 （3）玻璃砖的折射率为 n= 6．1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验）。应用洛埃镜测量单色光波长的原理如下： 如图所示，是单缝S通过平面镜成的像，如果S被视为双缝干涉中的一个缝，相当于另一个缝。单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里出现干涉条纹。 请回答下列问题： (1)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离___________； A．将平面镜稍向上移动一些 B．将平面镜稍向下移动一些 C．将光屏稍向右移动一些 D．将光源由红色光改为绿色光 (2)若光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为h和D，光屏上形成的相邻两条亮纹（或暗纹）间距离为，单色光的波长 ； (3)实验表明，光从光疏介质射向光密介质，会在界面发生反射，当入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，称为“半波损失”。已知h远小于D，如果把光屏向左平移到非常接近平面镜处，屏上最下方两束光相遇会相互 （选填“加强”或“减弱”）。 【答案】(1)AC (2) (3)减弱 【详解】（1）由双缝干涉条纹间距公式有 若要增大条纹间距，可以增大D，即将光屏向右移动；减小d，即将平面镜稍向上移动一些；或者换用波长更大的单色光，如将光源由绿色改为红色。 故选AC。 （2）由题意结合条纹间距公式有 整理有 （3）如果把光屏移动到和平面镜非常接近，即相当于两者接触，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即“半波损失”，故直接射到光屏上的光和经平面镜反射的光相位差为π，光程差为半波长，所以两束光相遇会减弱。 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $