高考物理一輪復習講義專題11.3 本專題實驗（解析版）

專題11.3本專題實驗【講】【講核心素養(yǎng)】科學實驗：1、通過實驗，理解光的折射定律。會測量材料的折射率。2、會用雙縫干涉實驗測量光的波長【講考點題型】【知識點一】實驗：測定玻璃的折射率1.實驗原理如圖所示，當光線AO以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO對應的出射光線O′B，從而畫出折射光線OO′，求出折射角θ2，再根據n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)或n＝eq\f(PN,QN′)計算出玻璃的折射率。2.實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆。3.實驗步驟（1）用圖釘把白紙固定在木板上。（2）在白紙上畫一條直線aa′，并取aa′上的一點O為入射點，作過O點的法線MM′。（3）畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、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aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′。（5）眼睛在bb′的一側透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調整視線方向，使P1的像被P2的像擋住，然后在眼睛這一側插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像。（6）移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點O′，連接O、O′得線段OO′。（7）用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。（8）改變入射角，重復實驗，算出不同入射角時的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。4.數據處理（1）計算法：用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角時的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。（2）作sinθ1－sinθ2圖像：改變不同的入射角θ1，測出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2的圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖像應是過原點的直線，如圖所示，其斜率為折射率。（3）“單位圓”法確定sinθ1、sinθ2，計算折射率n。以入射點O為圓心，以一定的長度R為半徑畫圓，交入射光線AO于E點，交折射光線OO′于E′點，過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′，如圖3所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)。只要用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出n?！纠?】（2022·浙江溫州·二模）在“測定玻璃的折射率”實驗時：（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，實驗過程中玻璃磚就可以任意移動了C．插大頭針時，要盡量讓針處于豎直狀態(tài)且間距適當遠一些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得其折射率（2）某學生在插第三枚大頭針SKIPIF1<0時，在視線中看到SKIPIF1<0、SKIPIF1<0兩枚大頭針“斷”成了a、b、c、d四截，如圖所示。正確的做法是讓SKIPIF1<0同時擋住______。A．a、bB．c、dC．a、cD．b、d【答案】

C

B【解析】（1）A．入射角不宜太大也不宜太小，入射角過大，會使折射光線亮度變暗，入射角太小則入射角、折射角的相對誤差較大，A錯誤；B．實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變，B錯誤；C．插大頭針時，讓針處于豎直狀態(tài)且間距適當遠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出折射率，D錯誤；故選C。（2）在本實驗中SKIPIF1<0應擋住SKIPIF1<0、SKIPIF1<0透過玻璃磚的像而不是SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，圖中a、b為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，c、d為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0透過玻璃磚的像，即應讓SKIPIF1<0同時擋住c、d，故選B?！舅仞B(yǎng)提升】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學實驗?！咀兪接柧?】（2022·浙江·模擬預測）某同學利用“插針法”測定玻璃的折射率，作出的光路圖及測出的相關角度如圖所示。（1）下列那些操作有助于減小測量誤差___________。A．選用較粗的大頭針，以便大頭針的像能看得清晰B．選用寬度適當大一點的玻璃磚C．入射角不要過大，也不要過小D．P3和P4兩針的距離要適當遠一點E．玻璃磚的前后兩個側面務必平行（2）本實驗采用先畫入射光線，再插上P1和P2兩針，因入射光線已經畫好，故只要P1和P2兩針插得準、插得直就可以，對兩針距離遠近沒有要求，這個說法是___________的。（填“正確”或“錯誤”）（3）某同學在插P4這枚針的時候不小心插得偏右的了一點，此操作會導致折射率的測量值___________。（填“偏大”、“不變”或“偏小”）【答案】

BCD

錯誤

偏小【解析】（1）A．選用較粗的大頭針，對確定光線的方向會產生更大的誤差，選項A錯誤；B．選用寬度適當大一點的玻璃磚，偏折現象更加明顯，有助于減小誤差，選項B正確；C．入射角大小要適當，不要過大，也不要過小，有助于減小誤差，選項C正確；D．P3和P4兩針的距離要適當遠一點，可減小確定光線方向時產生的誤差，選項D正確；E．即使玻璃磚的前后兩個側面不平行，但只要操作正確，也不會產生誤差，選項E錯誤。故選BCD。（2）盡管入射光線已經畫好。但是在插針P3和針P4時仍需要觀察，故針P1和針P2插得適當遠一點可以減小插針誤差，所以這個說法是錯誤的。（3）P4這枚針插得偏右一點，此操作會導致出射光在玻璃磚上的出射點左移，從而導致折射角的測量值偏大，根據SKIPIF1<0可知，折射率的測量值偏小?！痉椒偨Y】注意事項（1）實驗時，應盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O′之間距離要稍大一些.（2）入射角θ1不宜太大（接近90°），也不宜太?。ń咏?°）.（3）操作時手不能觸摸玻璃磚的光潔光學面，也不能把玻璃磚界面當尺子畫界線.（4）實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變.（5）玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5cm以上，若寬度太小，則測量誤差較大.【知識點二】實驗：用雙縫干涉測光的波長1.實驗原理單色光通過單縫后，經雙縫產生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮（暗）條紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光波長λ之間滿足λ＝eq\f(d,l)Δx.2.實驗過程（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.②接好光源，打開開關，使燈絲正常發(fā)光.③調節(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光屏.④安裝單縫和雙縫，盡量使縫的中點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）測定單色光的波長①安裝測量頭，調節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋.②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數，將該條紋記為第1條亮條紋；轉動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數，將該條紋記為第n條亮條紋.③用刻度尺測量雙縫與光屏間距離l（d是已知的）.④改變雙縫間的距離d，雙縫到屏的距離l，重復測量.3.數據處理（1）條紋間距Δx＝eq\f(an－a1,n－1).（2）波長λ＝eq\f(d,l)Δx.（3）計算多組數據，求λ的平均值.4.注意事項（1）安裝時，注意調節(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.（2）光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近.（3）調節(jié)的基本依據：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測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·高三開學考試）如圖所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中：（1）在光具座上放置的光學元件依次為：①光源、②濾色片、③_________、④_________、⑤遮光筒、⑥光屏（含測量頭）。（2）利用圖中裝置研究雙縫干涉現象時，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．將單縫向雙縫移動一小段距離后，其他條件不變，干涉條紋間距變寬D．換一個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，干涉現象消失（3）在某次測量中，將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對齊，將該亮紋記為第1條亮紋，此時手輪上的示數如左圖所示。然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，此時手輪上的示數如右圖所示，則此示數為_________mm，由此可求得相鄰亮紋的間距SKIPIF1<0為_________mm。（4）已知雙縫間距d為SKIPIF1<0，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式SKIPIF1<0_________，求得所測紅光波長為_________nm?！敬鸢浮?/p>

單縫

雙縫

ABD

13.870

2.310

SKIPIF1<0

660【解析】（1）由圖可知，③為單縫，④為雙縫；（2）A．將光屏移近雙縫時，l減小，則由SKIPIF1<0可知，在其他條件不變時，干涉條紋間距變窄，故A正確；B．將濾光片由藍色的換成紅色的，則波長SKIPIF1<0變大，所以其他條件不變時，干涉條紋間距變寬，故B正確；C．將單縫向雙縫移動一小段距離后，其他條件不變時，干涉條紋間距不變，故C錯誤；D．換一個兩縫之間距離更大的雙縫，則d變大，在其他條件不變時，干涉條紋間距變窄，故D正確；E．去掉濾光片，其他條件不變，會形成白光的彩色干涉條紋，故E錯誤。故選ABD。（3）由右圖可得讀數為SKIPIF1<0由左圖可得讀數為SKIPIF1<0則相鄰亮紋的間距SKIPIF1<0為SKIPIF1<0（4）由SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0代入數據解得，波長為SKIPIF1<0【素養(yǎng)提升】本題考察的學科素養(yǎng)主要是科學實驗?！咀兪接柧?】（2022·廣東·高三開學考試）某學習小組要用雙縫干涉測量某種單色光的波長，其實驗裝置如圖所示。（1）為測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）在用雙縫干涉實驗裝置觀察雙縫干涉條紋時：①觀察到較模糊的干涉條紋，可以調節(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數，需將毛玻璃屏向__________（填“靠近”或“遠離”）雙縫的方向移動。（3）下列圖示中條紋間距表示正確是__________（填正確答案標號）。A．B．C．D．（4）在實驗前已獲知的數據有雙縫間的距離d和雙縫與毛玻璃屏之間的距離L，通過測量頭觀察到第N1條亮條紋的讀數為Y1，觀察到第N2條亮條紋的讀數為Y2，請寫出計算該單色光波長的表達式SKIPIF1<0=_________?！敬鸢浮?/p>

單縫

雙縫

平行

靠近

C

SKIPIF1<0【解析】（1）圖中A為濾光片，B為單縫，C為雙縫。（2）①觀察到較模糊的干涉條紋，可以調節(jié)撥桿使單縫和雙縫平行，使條紋變得更清晰。②要想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，則條紋間距應減小，根據條紋間距SKIPIF1<0可知需將毛玻璃屏向靠近雙縫的方向移動。（3）條紋間距是相鄰兩條亮條紋或相鄰兩條暗條紋，中央之間的距離，所以圖示中條紋間距表示正確的是C項。（4）第SKIPIF1<0條亮條紋的讀數為SKIPIF1<0，第SKIPIF1<0條亮條紋的讀數為SKIPIF1<0，則條紋間距SKIPIF1<0