光學(xué)實驗—高考物理二輪復(fù)習(xí)實驗清單大全

實驗十八：測玻璃的折射率

考查頻次：中。

【知識梳理】

一、實驗原理

用插針法確定光路，找出與入射光線相應(yīng)的出射光線，就能在玻璃磚中畫出對應(yīng)的折射光線,

從而可以測出一組對應(yīng)的入射角和折射角，根據(jù)折射定律，便可求出玻璃的折射率.

二、實驗器材

玻璃磚、白紙、木板、大頭針?biāo)拿丁D釘(3?4枚)、量角器、直尺、鉛筆.

三、實驗步驟

⑴把白紙用圖釘釘在木板上.

(2)用直尺畫一條平行于玻璃磚一個面的直線aa作為分界面，過上一點。作垂直于。優(yōu)的直

線NN作為法線，過。點畫一條入射光線A。，使入射角，適當(dāng)大些.如圖1所示.

(3)在A0線上豎直地插兩枚大頭針Pi、Pi,在白紙上放上被測玻璃病，使玻璃磚的一個面與

aa'重合.

(4)用直尺畫平行于玻璃磚另一側(cè)面的一條直線bb'.

(5)在玻璃磚的4/一側(cè)白紙上豎直地插一枚大頭針P3,調(diào)整視線，同時移動大頭針尸3的位置，

當(dāng)P3恰好能同時擋住玻璃磚。優(yōu)一側(cè)所插的大頭針Pi、尸2的像時，把大頭針P3插好.

(6)在玻璃磚況/一側(cè)再豎直地插一枚大頭針P4,使PA能擋住P3本身，同時也能擋住Pi、P2的

像.

⑺記下「3、P4的位置，移去玻璃磚，拔去大頭針，過P3、尸4連一條直線30交沅/于。點，

連接。就是入射光線A。在玻璃磚內(nèi)的折射光線，折射角為兀

(8)用量角器量出入射角，和折射角廠的大小.

(9)改變?nèi)肷浣枪ぶ貜?fù)上面的步驟再做三、四次，量出相應(yīng)的入射角和折射角.

(10)算出不同入射角時瞿的值，求出幾次實驗中的平均值就是玻璃的折射率.

四、數(shù)據(jù)處理

⑴計算法：把上述實驗數(shù)據(jù)分別由〃=器計算出“1、磔、”3、…，求出平均值即為玻璃磚折

射率的測量值.

(2)圖像法：因sini=〃sinr,所以可把上面的數(shù)據(jù)以sinr值為橫坐標(biāo)、以sini值為縱坐標(biāo)，建立

直角坐標(biāo)系，如圖2所示.描數(shù)據(jù)點，過數(shù)據(jù)點連線得一條過原點的直線.求解圖線斜率，設(shè)斜

率為k,則n=k.

(3)單位圓法:過入射點畫出玻璃磚界面的法線NN',以入射點3為圓心，適當(dāng)長度為半徑畫圓，

入射光線、折射光線與圓周交于A和C,由點A、C向法線作垂線，分別交法線于4、C

AA'

點，如圖3所示.測出垂線的長度44,和CC,則玻璃磚的折射率可表示為〃=注.

五、注意事項

(1)輕拿輕放玻璃磚，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學(xué)面.嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)

直尺使用.

(2)實驗過程中，玻璃磚在紙面上的位置不可移動.

(3)大頭針P1與22、P3與P4的間距要適當(dāng)?shù)卮笮?，以減小確定光線方向時出現(xiàn)的誤差.

(4)實驗時入射角不能太小(接近零度)，否則會使測量誤差加大；也不能太大(接近90°),否則

會不易觀察到Pl、P2的像.

【試題練習(xí)】

1.某實驗小組要測量一半圓形玻璃磚的折射率。他們先在平鋪的白紙上畫出半圓形玻璃磚的

直徑M和圓心。，過。點畫法線，并畫出一條入射光線co,cO與法線的夾角為30。。將半

圓形玻璃磚沿著直徑放好，緊貼6點放置與法線平行的光屏，如圖1所示?，F(xiàn)用一紅色激光筆

沿著cO方向射入一束光，在光屏上的P點出現(xiàn)一個光斑。用刻度尺測出玻璃磚的半徑為七

OP=1.5Ro

光屏

光屏

rA

圖1圖2

（1）玻璃磚的折射率“=;（結(jié)果用分?jǐn)?shù)表示）

（2）若實驗過程中，實驗小組的同學(xué)不小心將玻璃磚向左下方平移，但入射光線仍能通過玻

璃磚的圓心，如圖2所示。在光屏上出現(xiàn)一個光斑，小組同學(xué)將此光斑仍記作P點，并在白

紙上連接。、P兩點作為出射光線，則此時測得的折射率（選填“大于”“等于”或“小于”）

真實值；

（3）若改用綠色激光筆照射，其他條件不變，則光屏上的光斑會出現(xiàn)在______。（選填"P

點上方”“尸點下方”或“P點”）

4

1.答案：（1）-

3

（2）大于

（3）尸點下方

解析：（1）由題意可知，入射角為30。，折射角與NOP6大小相等，且sin/OPb=?=2

OP3

cin/（~）Ph4

根據(jù)折射定律可得玻璃磚的折射率為n=±

sin3003

（2）作出光線的傳播路徑如圖所示

光屏

伊

—Zb

c

P'點為實際光屏上出現(xiàn)的光斑點，由折射率和幾何知識可知，出射光線O'P與OP平行，連接

OP'作為出射光線，則折射角偏大，因此測得的折射率大于真實值。

(3)若改用綠色激光筆照射，玻璃對綠光的折射率大，光屏上的光斑會出現(xiàn)在P點下方。

2.某同學(xué)在做“測定玻璃折射率”實驗時，其操作步驟如下：

①把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟也，對齊，在白紙上畫出玻璃磚的另一個界面譏/；

②移去大頭針和玻璃胸，連接鳥、P4,通過鳥、舄的連線與譏/的交點0,和a"上的入射點O,

作出玻璃磚中的光線00,測量出入射角4與折射角％,如圖所示，并填入表格中：

③在白紙上畫出一條直線a標(biāo)代表兩種介質(zhì)的界面，過山，上的。點畫出界面的法線MV1并

畫一條線段A。作為入射光線；

④在線段A。上豎直地插上兩枚大頭針牛P2,透過玻璃磚觀察大頭針斗￡的像。調(diào)整視線

方向，直到々的像被鳥擋住。再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針與B，使舄擋住4、2的像,

巴擋住《、2的像和鳥，記下生舄的位置:

(1)上述步驟正確的操作順序應(yīng)為(用步驟前的序號表示)；

(2)在該實驗中，光線是由空氣射入玻璃磚，根據(jù)測得的入射角和折射角的正弦值畫出的圖

線如圖所示，從圖線可知玻璃磚的折射率是o

(3)在用針插法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙二位同學(xué)在紙上畫出的界面譏/與

玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖乙中①、②所示，其中甲同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯

形玻璃磚。他們的其它操作均正確，且均以口球、仍，為界面畫光路圖。則甲同學(xué)測得的折射

率與真實值相比（填“偏大”、“偏小”或“不變”）；乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比

（填“偏大”、“偏小”或“不變”）。

2.答案：（1）③①④②

（2）1.5

（3）偏??；不變

解析：（1）實驗時先需要作出玻璃介質(zhì)一個發(fā)生折射的界面，即在白紙上畫出一條直線也，代

表兩種介質(zhì)的界面，過aa'上的。點畫出界面的法線MV',并畫一條線段A。作為入射光線,

即先進(jìn)行操作③，之后把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟a"對齊，在白紙上畫出玻

璃磚的另一個界面仍'，進(jìn)行操作①，在利用插針法確定入射光線與折射光線，即進(jìn)行操作④，

最后作出光路圖，求出折射角與入射角，求出折射率，即進(jìn)行操作②，可知上述步驟正確的操

作順序應(yīng)為③①④②。

（2）根據(jù)〃=史也

sm%

結(jié)合圖像可知“=1.5

（3）在圖乙①中，作出光路圖，如圖所示

其中，虛線表示實際光路，實線表示測量光路，可知測量的折射角大于實際的入射角，則甲同

學(xué)測得的折射率與真實值相比偏??；

乙同學(xué)雖然利用梯形玻璃磚，但其界面、入射角與折射角均不存在問題，即乙同學(xué)測得的折射

率與真實值相比不變。

實驗十九：用雙縫干涉實驗測量光的波長

考點平均卷面分：3；考查頻次：低。

【知識梳理】

一、實驗?zāi)康模?/p>

了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象的條件；觀察雙縫干涉圖樣；測定單色光的波長。

二、實驗原理：

單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)紋間的距離與

雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離L、單色光的波長丸之間滿足4=A必。

L

三、實驗器材：雙縫干涉儀、米尺、測量筒。

白單熾燈一濾T光片單縫雙『縫遮光筒三屏

Aa

四、實驗步驟：

(1)如圖所示，把直徑約10cm、長約1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端裝有雙縫,

另一端裝有毛玻璃屏；

(2)取下雙縫，打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的光束能夠沿著遮光筒的軸線把屏照

亮；

(3)放好單縫和雙縫，單縫和雙縫間距離約為5cm?10cm,使縫相互平行，中心大致位于遮

光筒的軸線上，這時在屏上就會看到白光的雙縫干涉圖樣；

(4)在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的雙縫干涉圖樣；

(5)分別改變?yōu)V光片和雙縫，觀察干涉圖樣的變化；

(6)已知雙縫間的距離d,測出雙縫到屏的距離3用測量頭測出相鄰兩條亮(暗)紋間的距

離△%,由％=生且計算單色光的波長。為了減小誤差，可測出〃條亮(暗)間的距離a,則

L

a

Atx=----；

n—1

(7)換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋間距的變化，并求出相應(yīng)色光的波長。

五、注意事項：

(1)單縫雙縫應(yīng)相互平行，其中心位于遮光筒的軸線上，雙縫到屏的距離應(yīng)相等；

(2)測雙縫到屏的距離L可用米尺測多次，取平均值；

(3)測條紋間距時，用測量頭則出〃條亮(暗)間的距離a,再求出相鄰的兩條明(暗)

紋間的距離,可以減小誤差。

【試題練習(xí)】

3.如圖甲所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，將實驗儀器按要求安裝在光具座上，并

選用縫間距d=0.20mm的雙縫屏。從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離L=700mm。

然后，接通電源使光源正常工作。

光源凸透鏡濾光片單縫雙縫遮光筒像屏

u1:」:測量頭

甲

（l）已知測量頭上主尺的最小刻度是毫米，副尺游標(biāo)尺為20分度，某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測

量頭的目鏡看去，使分劃板中心刻度線與某條紋A中心對齊，如圖乙所示，此時測量頭上主

尺和副尺的示數(shù)如圖丙所示，此示數(shù)為mm；接著再轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻度

線與某條紋3中心對齊，測得46條紋間的距離x=8.40mm。則經(jīng)濾光片射向雙縫的色光的

波長2=（用題目中所給字母寫出表達(dá)式），利用上述測量結(jié)果，經(jīng)計算可得波

長a=m（保留兩位有效數(shù)字）。

012

IIII1II?1?I??JI?I??1_I

I????IIIIII??I???????

01020

唧丙

乙

（2）另一同學(xué)按實驗裝置安裝好儀器后，觀察到光的干涉現(xiàn)象效果很好，若他對實驗裝置進(jìn)

行了調(diào)整后，在像屏上仍能觀察到清晰的條紋，且條紋數(shù)目有所增加，則該調(diào)整可能是

A.僅增加光源與濾光片間的距離B.僅增加單縫與雙縫間的距離

C.僅將單縫與雙縫的位置互換D.僅將紅色濾光片換成綠色濾光片

3.答案：⑴0.35；—；4.8x10-7⑵D

解析：（1）圖丙中游標(biāo)卡尺的最小分度值為0.05mm,主尺示數(shù)為0,游標(biāo)尺的第7刻度線與

主尺刻度線對齊，則示數(shù)為

0+7x0.05mm=0.35mm

A8條紋間的距離為5倍相鄰亮（暗）條紋間的距離，故=2

5

根據(jù)相鄰亮（暗）條紋間的間距公式有以=,2

d

解得4=包

5L

代入數(shù)據(jù)可得X=4.8xIO'm

（2）該同學(xué)對實驗裝置調(diào)節(jié)后，在像屏上仍能觀察到清晰的條紋，且條紋數(shù)目有所增加，可

知相鄰條紋間的寬度減小，由公式可知，該調(diào)節(jié)可能是更換波長更短的光做實驗，即

d

將紅色濾光片換成綠色濾光片，其他調(diào)節(jié)都達(dá)不到該實驗效果。

故選D。

4.現(xiàn)用如圖甲所示雙縫干涉實驗裝置來測量光的波長。

甲乙

（1）在組裝儀器時單縫和雙縫應(yīng)該相互_____放置（選填“垂直”或“平行”）；

（2）已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同學(xué)調(diào)整手輪使測量頭的分劃

板中心刻線與某亮紋中心對齊，并將該亮紋定為第1條亮紋，此時測量頭上游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為

1.16mm；接著同方向轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，此時測量頭上游

標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示，則讀數(shù)為mm,已知雙縫間距d=2.00xl0Tm,測得雙縫到

毛玻璃屏的距離L=0.800m,所測光的波長2=nm；（保留3位有效數(shù)字）

（3）該實驗并未直接測量相鄰亮條紋間的距離Ax,而是先測量〃個條紋的間距再求出Ax,

這樣做的理由是。

（4）埃鏡實驗的基本裝置如圖所示，S為單色光源。S發(fā)出的光直接照在光屏上，同時S發(fā)出

的光還通過平面鏡反射在光屏上。從平面鏡反射的光相當(dāng)于S在平面鏡中的虛像發(fā)出的，這樣

就