實(shí)驗(yàn)【講】高考物理一輪復(fù)習(xí)（新高考）解析版

專題1L3本專題實(shí)臉【講】

【講核心素養(yǎng)】

科學(xué)實(shí)驗(yàn):

1、通過實(shí)驗(yàn)，理解光的折射定律。會(huì)測(cè)量材料的折射率。

2、會(huì)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長

【講考點(diǎn)題型】

【知識(shí)點(diǎn)一】實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率.

1.實(shí)驗(yàn)原理

如圖所示，當(dāng)光線A。以一定的入射角?穿過兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過插針法找出跟入射光線

A0對(duì)應(yīng)的出射光線08,從而畫出折射光線00,求出折射角為，再根據(jù)〃=鬻或及=黑計(jì)算

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出玻璃的折射率一

2.實(shí)驗(yàn)器材

木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆。.

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）用圖釘把白紙固定在木板上。

（2）在白紙上畫一條直線〃"，并取ad上的一點(diǎn)。為入射點(diǎn)，作過。點(diǎn)的法線MMZ.

（3）畫出線段A0作為入射光線，并在A0上插上P、P2兩根大頭針。.

（4）在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線ad對(duì)齊，并畫出另一條長邊的對(duì)齊線協(xié)，。

（5）眼睛在況/的一側(cè)透過玻琦磚觀察兩個(gè)大頭針并調(diào)整視線方向，使P的像被P2的像擋住，然

后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3,使P3擋住P、Pi的像，再插上尸4,使2擋住P3和Pi、Pi的像。

（6）移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針凸、周的針孔位置確定出射光線。8及出射點(diǎn)O，，連接

。、。'得線段。。'。.

（7）用量角器測(cè)量入射角？和折射角仇，并查出其正弦值sin仇和sin仇。.

（8）改變?nèi)肷浣牵貜?fù)實(shí)驗(yàn)，算出不同入射角時(shí)的鬻，并取平均值。.

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4.數(shù)據(jù)處理

（1）計(jì)算法：用量角器測(cè)量入射角仇和折射角偽，并查出其正弦值sin。1和sin仇。算出不同入射

角時(shí)的繇，并取平均值。.

（2）作sin夕一sin/圖像：改變不同的入射角小，測(cè)出不同的折射角為，作sin夕一sin02的圖像，

由〃=鬻可知圖像應(yīng)是過原點(diǎn)的直線，如圖所示，其斜率為折射率。.

（3）“單位圓"法確定sin小、sin（92,計(jì)算折射率〃。.

以入射點(diǎn)。為EI心，以一定的長度R為半徑畫圓，交入射光線A。于E點(diǎn)，交折射光線。。，于E

點(diǎn)，過E作NM的垂線過E作AN的垂線E7T,如圖3所示，sin0=示，sin/=而，OE

=0E=R,則〃=翳=黑。只要用刻度尺量出四、EH的長度就可以求出〃。.

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【例1】（2022?浙江溫州?二模）在“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí)：

（1）下列做法正確的是；

A.入射角越大，誤差越小

B.畫出玻璃磚邊界面后，實(shí)驗(yàn)過程中玻璃磚就可以任意移動(dòng)了

C.插大頭針時(shí)，要盡量讓針史于豎直狀態(tài)且間距適當(dāng)遠(yuǎn)一些

D.所用玻璃磚必須是平行玻璃磚，用其他形狀的玻璃磚無法測(cè)得其折射率

（2）某學(xué)生在插第三枚大頭針△時(shí)，在視線中看到匕、月兩枚大頭針“斷”成了四截,

如圖所示。正確的做法是讓巴同時(shí)擋住_____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，入射角過大，會(huì)使折射光線亮度變暗，入射角太小

則入射角、折射角的相對(duì)誤差較大，A錯(cuò)誤；

B.實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變，B錯(cuò)誤；

C.插大頭針時(shí)，讓針處于豎直狀態(tài)且間距適當(dāng)遠(yuǎn)一些有助于減小誤差，C正確；

D.除了平行玻璃磚其他形狀的玻璃磚也能測(cè)出折射率，D錯(cuò)誤；

故選C。

（2）在本實(shí)驗(yàn)中匕應(yīng)擋住6、6透過玻璃磚的像而不是4、巴，圖中4、b為P'、與，C、d為A、

巴透過玻璃徜的像，即應(yīng)讓6同時(shí)擋住八"，故選

【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)實(shí)驗(yàn)。.

【變式訓(xùn)練1]（2022?浙江?模擬預(yù)測(cè)）某同學(xué)利用“插針法”測(cè)定玻璃的折射率，作出的光路圖

及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示。

（1）下列那些操作有助于減小測(cè)量誤差__________o

A.選用較粗的大頭針，以便大頭針的像能看得清晰

B.選用寬度適當(dāng)大一點(diǎn)的玻璃磚

C.入射角不要過大，也不要過小

D.尸3和尸4兩針的距離要適當(dāng)遠(yuǎn)一點(diǎn)

E.玻璃磚的前后兩個(gè)側(cè)面務(wù)必平行

（2）本實(shí)驗(yàn)采用先畫入射光線，再插上P/和P2兩針，因入射光線已經(jīng)畫好，故只要尸/和P2兩針

插得準(zhǔn)、插得直就可以，對(duì)兩針距離遠(yuǎn)近沒有要求，這個(gè)說法是___________的。（填“正確”或

“錯(cuò)誤”）

（3）某同學(xué)在插刊這枚針的時(shí)候不小心插得偏右的了一點(diǎn)，此操作會(huì)導(dǎo)致折射率的測(cè)量值

。（填“偏大”、“不變”或“偏小”）

【答案】BCD錯(cuò)誤偏小

【解析】（1）A.選用較粗的大頭針，對(duì)確定光線的方向會(huì)產(chǎn)生更大的誤差，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B.選用寬度適當(dāng)大一點(diǎn)的玻璃磚，偏折現(xiàn)象更加明顯，有助于減小誤差，選項(xiàng)B正確；

C.入射角大小要適當(dāng)，不要過大，也不要過小，有助于減小誤差，選項(xiàng)C正確；

D.P3和P/兩針的距離要適當(dāng)遠(yuǎn)一點(diǎn)，可減小確定光線方向時(shí)產(chǎn)生的誤差，選項(xiàng)D正確；

E.即使玻璃磚的前后兩個(gè)側(cè)面不平行，但只要操作正確，也不會(huì)產(chǎn)生誤差，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。故選

BCDo

（2）盡管入射光線己經(jīng)畫好。但是在插針P3和針P4時(shí)仍需要觀察，故針P和針尸2插得適當(dāng)遠(yuǎn)一

點(diǎn)可以減小插針誤差，所以這個(gè)說法是錯(cuò)誤的。

（3）為這枚針插得偏右一點(diǎn)，此操作會(huì)導(dǎo)致出射光在玻璃磚上的出射點(diǎn)左移，從而導(dǎo)致折射角的

測(cè)量值偏大，根據(jù)

sin/

n=-----

sinr

可知，折射率的測(cè)量值偏小。

【方法總結(jié)】注意事項(xiàng)

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且Pl和P2之間、P3和P4之間、P2與0、P3與。

之間距離要稍大一些.

（2）入射角&不宜太大（接近90。），也不宜太小（接近0。）.

（3）操作時(shí)手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，也不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線.

（4）實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變.

（5）玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上，若寬度太小，則測(cè)量誤差較大.

【知識(shí)點(diǎn)二】實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)光的波長

1.實(shí)驗(yàn)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）條紋間距1與雙縫間

距"、雙縫到屏的距離/、單色光波長2之間滿足2=%..

2.實(shí)驗(yàn)過程

（1）觀察雙縫干涉圖樣.

①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖所示..

光源波光片單縫雙縫遮光筒毛玻璃屏

曰m

②接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光、

③調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達(dá)光屏.

④安裝單縫和雙縫，盡量使縫的中點(diǎn)位于遮光筒的軸線上，使單縫與雙縫平行，二者間距約為5?

10cm..

⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋..

(2)測(cè)定單色光的波長

①安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋..

②使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，將該條紋記為第1條亮條

紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，將該條紋記

為第n條亮條紋.

③用刻度尺測(cè)量雙縫與光屏間距離/(d是已知的)..

④改變雙縫間的距離4,雙縫到屏的距離/,重復(fù)測(cè)量..

3.數(shù)據(jù)處理

(1)條紋間距—="三二

n~1

(2)波長

(3)計(jì)算多組數(shù)據(jù)，求人的平均值..

4.注意事項(xiàng)

(1)安裝時(shí)，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、

雙縫平行且間距適當(dāng)..

(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近..

(3)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測(cè)量頭與遮光筒不

共軸所致；干涉條紋不清晰，一般原因是單縫與雙縫不平行所致.

【例2】(2022?北京?高三開學(xué)考試)如圖所示，在“用雙縫干涉測(cè)光的波長”實(shí)驗(yàn)中：

①②③④⑤⑥

N*(

一

J,^-一

-UU

t-i

AA

（1）在光具座上放置的光學(xué)元件依次為：①光源、②濾色片、③________、④_________、⑤遮

光筒、⑥光屏（含測(cè)量頭）。

（2）利用圖中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí)，下列說法中正確的是（）

A.將光屏移近雙縫，其他條件不變，干涉條紋間距變窄

B.將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，其他條件不變，干涉條紋間距變寬

C.將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，其他條件不變，干涉條紋間距變寬

D.換一個(gè)兩縫之間距離更大的雙縫，其他條件不變，干涉條紋間距變窄

E.去掉濾光片，其他條件不變，干涉現(xiàn)象消失

（3）在某次測(cè)量中，將測(cè)量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋記為第1條亮紋，

此對(duì)手輪上的示數(shù)如左圖所示，然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對(duì)

齊，此時(shí)手輪上的示數(shù)如右圖所示，則此示數(shù)為mm,由此可求得相鄰亮紋的間距以為

（4）已知雙縫間距d為29x107,測(cè)得雙縫到屏的距離/為0.700m,由計(jì)算式％=,求

得所測(cè)紅光波長為mno

Md

【答案】單縫雙縫ABD13.8702.3101660

【解析】（1）由圖可知，③為單縫，④為雙縫；

A2/

（2）A.將光屏移近雙縫時(shí)，，減小，則由d可知，在其他條件不變時(shí)，干涉條紋間距變窄,

故A正確：

B.將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，則波長力變大，所以其他條件不變時(shí)，干涉條紋間距變寬，故

B正確；

C.將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，其他條件不變時(shí)，干涉條紋間距不變，故C錯(cuò)誤；

D.換一個(gè)兩縫之間距離更大的雙縫，則d變大，在其他條件不變時(shí)，干涉條紋間距變窄，故D正

確；

E.去掉濾光片，其他條件不變，會(huì)形成白光的彩色干涉條紋，故E錯(cuò)誤。

故選ABDo

（3）由右圖可得讀數(shù)為

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

由左圖可得讀數(shù)為

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

則相鄰亮紋的間距?為

A-%113.870-2.320一1

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

55

A/

^x=——

(4)由d可得

,bxd

Z=------

/

代入數(shù)據(jù)解得，波長為

^^IOXIO^X^.OXIQ-4

m=6.6x10ni=660nm

0.700

【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)實(shí)驗(yàn)。.

【變式訓(xùn)練2]（2022?廣東?高三開學(xué)考試）某學(xué)習(xí)小組要用雙縫干涉測(cè)量某種單色光的波長，其

實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。

A遮光筒毛玻璃屏

IB

^

一

一

U■一一.

^..7……1+?

I(-

aa

（1）為測(cè)量該單色光的干涉條紋寬度，各儀器安裝位置如圖所示，圖中A為濾光片,B為

（填“單縫”或“雙縫”），C為（填“單縫”或“雙縫”）。

（2）在用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置觀察雙縫干涉條紋時(shí)：

①觀察到較模糊的干涉條紋，可以調(diào)節(jié)撥桿使單縫和雙縫__________（填“垂直”或“平行”），

從而使條紋變得清晰。

②要想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，需將毛玻璃屏向（填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）雙

縫的方向移動(dòng)。

（3）下列圖示中條紋間距表示正確是（填正確答案標(biāo)號(hào)）。

A.(JAxFB.MAv

亮紋

暗紋

C.(OFD.