人教版高中物理选修1 专题7 实验：测量玻璃的折射率、用双缝干涉测量光的波光 (Word版含答案)
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修1 专题7 实验：测量玻璃的折射率、用双缝干涉测量光的波光 (Word版含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 810.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-07 10:58:00 | ||
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文档简介
人教版高中物理选修1 专题7 实验：测量玻璃的折射率、用双缝干涉测量光的波光
一、单项选择题（共1小题；共4分）
1. 双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源 到 、 的距离相等， 点为 、 连线中垂线与光屏的交点。光源 发出的波长为 的光，经 出射后垂直穿过玻璃片传播到 点，经 出射后直接传播到 点，由 到 点与由 到 点，光传播的时间差为 。玻璃片厚度为 ，玻璃对该波长光的折射率为 ，空气中光速为 ，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是
A. B. C. D.
二、双项选择题（共2小题；共8分）
2. 用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示，光屏上能观察到清晰的干涉条纹。关于该实验，下列说法正确的是
A. 取下滤光片，光屏上将只见到白光
B. 若将双缝间的距离 增大，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
C. 测出 条亮条纹间的距离 ，则相邻两条亮条纹间距为
D. 若将滤光片由红色换成绿色，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
3. 如图所示，在用插针法测上下表面平行的玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向 ，插了两枚大头针 和 ， 、 、 分别是三条直线，关于以后操作的说法中，你认为正确的是
A. 在 侧调整观察视线，另两枚大头针 和 。可能插在直线 上
B. 在 侧调整观察视线，另两枚大头针 和 可能插在直线 上
C. 保持 点不动，减小入射角，在 侧调整观察视线，另两枚大头针 和 可能插在直线 上
D. 保持 点不动，增大入射角，在 侧调整观察视线，看不清 和 的像，这可能是光在 面发生了全反射
三、填空题（共1小题；共4分）
4. 如图，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针 ， 确定入射光线，并让入射光线过圆心 ，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针 ，使 挡住 、 的像，连接 、 。图中 为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称， 、 分别是入射光线、折射光线与圆的交点， 、 均垂直于法线并分别交法线于 、 点。设 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，一定需要用刻度尺测量 （用上述所给物理量的字母表示），则玻璃砖的折射率可表示为 。
四、实验题（共12小题；共78分）
5. 用双缝干涉测光的波长，实验装置如图甲所示。
（1）单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样。双缝的作用是 。
（2）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距时，测量值 实际值。（填“大于”“小于”或“等于”）
6. 某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。
（1）下列能够提高实验准确程度的措施是
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
（2）该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是 。
7. 在“测定玻璃的折射率”的实验中，如图所示，某同学先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面所在直线 和 。 为直线 与 的交点，在直线 上竖直地插上 、 两枚大头针。
（1）该同学接下来要完成的必要步骤有 。
A.插上大头针 ，使 仅挡住 的像
B.插上大头针 ，使 挡住 和 的像
C.插上大头针 ，使 仅挡住
D.插上大头针 ，使 挡住 和 、 的像
（2）过 、 作直线交 于 ，过 作垂直于 的直线 ，连接 、 ，测量图中 和 的大小。则玻璃砖的折射率 。
8. 某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”的实验，实验装置俯视图如图甲所示。（说明：图左侧为前方）
（1）某同学经过初步调试后，看到了比较模糊的条纹，为了在屏上得到清晰的条纹，以下操作正确的是 （填选项前的字母）。
A．旋转测量头
B．上下拨动金属拨杆
C．左右拨动金属拨杆
D．前后拨动金属拨杆
（2）该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板中心刻线不平行，如图乙所示，若要使两者对齐，该同学应 （填选项前的字母）。
A．仅左右转动透镜
B．仅旋转单缝
C．仅旋转双缝
D．仅旋转测量头
9. 利用软木塞插针法测水的折射率实验步骤如下：
（1）（）如图，取一厚度可忽略不计的圆形软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在水面上。
（）调整大头针插入软木塞的深度，使得从软木塞周围向液体中观察，恰好在此时看不到大头针。
（）需要测量的物理量有 、 。（写出物理量符号和相应的物理意义）
（2）水的折射率表达式 。[用步骤（）中的物理量符号表示]
10. 某同学利用图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，该同学可 。
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）若双缝的间距为 ，屏与双缝间的距离为 ，测得第 条暗条纹到第 条暗条纹之间的距离为 ，则单色光的波长 。
（3）某次测量时，选用的双缝的间距为 ，测得屏与双缝间的距离为 ，第 条暗条纹到第 条暗条纹之间的距离为 。则所测单色光的波长为 （结果保留 位有效数字）。
11. 在“用插针法测玻璃砖折射率”的实验中，玻璃砖的 边与 边相互平行， 边与 边不平行，某同学在白纸上仔细画出了玻璃砖的两条边线 和 ，如图所示。
（1）实验时，先在玻璃砖的一侧插两枚大头针 和 以确定入射光线 。接着，眼睛在玻璃砖的 （选填“同一侧”或“另一侧”）观察所插的两枚大头针 和 ，同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线。
（2）实验中是否要求四枚大头针的针帽在同一视线上 （选填“是”或“否”）。
（3）下列操作可以减小实验误差的是 。（填字母代号）
A.适当减小大头针 、 的间距
B.选择玻璃砖相互平行的 、 边来测量
C.选用尽可能细的笔画线
D.使 的入射角接近于
12. 请回答下列问题。
（1）细丝和单缝有相似的衍射图样，在相同条件下，小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝Ⅰ和细丝Ⅱ，在光屏上形成的衍射图样如图 中 和 所示，已知细丝Ⅰ的直径为 ，现用螺旋测微器测量细丝Ⅱ的直径，如图 所示，细丝Ⅱ的直径为 。图 （填“”或“”）是细丝Ⅱ的衍射图样。
（2）小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图 所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为 的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为 ，与光屏的距离为 ，则相邻条纹间距 ，随后小明撤去平面镜，在单缝下方 处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上 （填“能”或“不能”）观察到干涉条纹。
13. 在“用插针法测定玻璃的折射率”实验中，甲、乙两位同学分别使用矩形玻璃砖和梯形玻璃砖进行实验。
（1）甲同学在纸上画出的界面 、 与矩形玻璃砖位置的关系如图甲所示，若其他操作均正确，且以 、 为界面画光路图，则测得的折射率与真实值相比 （选填“偏大”“偏小”“不变”或“可能偏小、偏大或不变”）。
（2）乙同学使用梯形玻璃砖经正确操作插好了 枚大头针，如图乙所示，其垂直投影平面图如图丙所示。
该玻璃砖的折射率 。（结果保留 位有效数字）
（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，乙同学用梯形玻璃砖又做了两次实验，经正确操作共插好了 枚大头针，如图丁所示。图中 和 是同一入射光线上的 枚大头针，其对应出射光线上的 枚大头针是 和 （选填“”或“”）。
14. 如图所示为测一块半圆形玻璃砖的折射率的实验，实验的主要步骤如下：
A．将半圆形玻璃砖放在白纸上，用铅笔画出它的直径 ，移走玻璃砖，并用刻度尺找出中点 ，记下此点即圆心；
B．在圆弧侧的白纸上，作过 点且垂直直径 的直线 ，放上玻璃砖，在 上竖直地插两颗大头针 和 ；
C．使玻璃砖以 为轴在白纸上缓慢地转动，同时眼睛向着 透过玻璃砖观察 和 的像，当恰好看不到 和 的像时停止转动玻璃砖，记下此时的直径 的位置；
D．量出 和 的夹角 。
（1）实验是利用 现象进行的。
（2）若量得 ，，则半圆形玻璃砖的折射率约为 。（保留 位有效数字）
（3）在测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，应该注意的是 。
A．玻璃砖的宽度宜大些
B．用其他形状的玻璃砖误差大
C．入射角应尽量小些
D．大头针的间距应尽量大些
15. 现有毛玻璃屏 、双缝 、白光光源 、单缝 和透红光的滤光片 等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
（1）将白光光源 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为 、 、 、 、 。
（2）如图所示， 、 、 、 代表双缝产生的四种干涉图样，回答下列问题：
① 如果 图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用 图样表示最合适。
② 如果将产生 图样的装置的双缝距离变小，那么得到的图样用 图样表示最合适。
（3）将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 条亮条纹，此时手轮上的示数为 ，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第 条亮条纹中心对齐，记下此时手轮上的示数为 ，则相邻亮条纹的间距 为 。
（4）已知双缝间距 为 ，测得双缝到屏的距离 为 ，由计算公式 ，求得所测红光波长为 。
16. 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率（如图所示），实验的主要步骤如下：
A．把白纸用图钉钉在木板上，在白纸上作出直角坐标系 ，在白纸上画一条线段 表示入射光线；
B．把半圆形玻璃砖 放在白纸上，使其底边 与 轴重合，且圆心恰好位于 点；
C．在 线段上竖直地插上两枚大头针 、 ；
D．在坐标系的 的区域内竖直地插上大头针 ，并使得从 一侧向玻璃砖方向看去， 能同时挡住 和 的像；
E．移开玻璃砖，作 、 连线，用圆规以 点为圆心画一个圆（如图中虚线所示），此圆与 交点为 ，与 的交点为 ，测出 点到 、 轴的距离分别为 、 ， 点到 、 轴的距离分别为 、 。
（1）根据测出的 、 两点到两坐标轴的距离，可知此玻璃折射率测量值的表达式为 。
（2）若实验中该同学在 的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到 、 的像，其原因可能是： 。
（3）该同学用平行玻璃砖做实验。
① 他在纸上正确画出玻璃砖的两个界面 和 后，不小心碰了玻璃砖使它向 方向平移了少许，如图所示，则他测出的折射率将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
② 他在画界面时，不小心将两界面 、 间距画得比玻璃砖宽度大些，如图所示，则他测得的折射率 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
答案
第一部分
1. A
【解析】光在玻璃中的传播速度为
可知时间差 。
第二部分
2. B， D
【解析】取下滤光片，光屏上将出现彩色的干涉条纹，故A错误；根据 知，将双缝间的距离 增大，则光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，故B正确；测出 条亮条纹间的距离 ，则相邻两条亮条纹间距为 ，故C错误；若将滤光片由红色换成绿色，光的波长减小，根据 知，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，故D正确。
3. B， C
【解析】根据光的折射规律可知，光线经过玻璃砖后，入射光线和出射光线平行，并且向左侧发生偏移，所以两枚大头针 和 不可能插在直线 上，两枚大头针 和 可能插在直线 上，故A错误，B正确；若减小入射角，那么折射角也减小，出射点会往左偏移，且出射光线会与入射光线平行，所以两枚大头针 和 可能插在直线 上，故C正确；根据光路可逆性原理，光线不可能在 界面发生全反射，故D错误。
第三部分
4. 、 ；
【解析】设圆的半径为 ，根据几何知识得，入射角的正弦 ，
折射角的正弦 ，
根据折射定律得，玻璃砖的折射率 ，
所以需要用刻度尺测量 和 。
第四部分
5. （1） 获得相干光源
【解析】单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，双缝的作用是获得相干光源。
（2） 大于
【解析】如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值偏大。
6. （1） AD
【解析】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，两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，对折射率的测定结果不产生影响，B错误；
为了准确作出光路图，应选用较细的大头针来完成实验，选用粗的大头针完成实验时，容易出现观察误差，C错误；
插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离适当大些时，相同的距离误差情况下引起的角度误差会减小，D正确。
（2） D
【解析】因玻璃的折射率较大，故在玻璃中的折射角一定小于入射角，则实验作出的入射角一定大于折射角，并且光线从玻璃中出来后，应与入射光平行，因此只有D正确，A、B、C均错误。
7. （1） BD
【解析】该同学接下来要完成的必要步骤有：确定大头针 的位置的方法是插上大头针 ，使 能挡住 、 的像。确定大头针 的位置的方法是大头针 能挡住 和 、 的像。故B、D正确，A、C错误。
（2）
【解析】根据折射定律得，玻璃砖的折射率为 。
8. （1） C
【解析】单缝与双缝相互平行，可使干涉条纹更加清晰明亮，所以需要左右移动拨杆，故C正确，A、B、D错误。
（2） D
【解析】发现里面的亮条纹与分划板中心刻线未对齐，若要使两者对齐，该同学应调节测量头，故A、B、C错误，D正确。
9. （1） 木塞的半径 ；大头针在水面下的长度
【解析】要测量的物理量为木塞的半径 和大头针在水面下的长度 。
（2）
【解析】恰好在此时看不到大头针，说明来自大头针的光在木塞边缘恰好发生全反射，则
而
联立可得 。
10. （1） B
【解析】 越小，目镜中观察到的条纹数越多，由 可知B正确；
（2）
【解析】由 ，得 。
（3）
【解析】。
11. （1） 另一侧
【解析】实验时，先在玻璃砖的一侧插两枚大头针 和 以确定入射光线 ；接着，眼睛在玻璃砖的另一侧观察所插的两枚大头针 和 ，同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线。
（2） 否
【解析】实验中要求四枚大头针的针尖在同一视线上，而不是针帽。
（3） C
【解析】大头针 和 及 和 之间的距离适当大些时，相同的距离误差，引起的角度误差会小些，角度的测量误差会小些，故A错误；
用插针法测定折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，故B错误；
为了准确确定入射光线和出射光线，应选用尽可能细的笔画线，故C正确；
为了减小测量的相对误差，选择的入射角应尽量大些，但不是接近 ，故D错误。
12. （1）
【解析】根据题图 可知细丝Ⅱ的直径为 ；单缝衍射时，单缝越宽，衍射效果越不明显，中间亮纹越窄，所以图 是直径更大的细丝Ⅱ的衍射图样。
（2） ；不能
【解析】如图 ，通过平面镜反射的光线可以看成从 点下方 处射出的光线，则干涉条纹可以看成由到 点距离均为 的双缝干涉形成的条纹，则相邻条纹间距 ；
撤去平面镜，在单缝下方 处放置同样的另一单缝，有双缝结构，但白炽灯发出的光不是相干光，通过两缝的光不能发生干涉。
13. （1） 可能偏小、偏大或不变
【解析】甲同学的测量会出现三种可能，光路图如图所示，当出射点为 时，测量值与真实值相同，当出射点在 左侧时，测量值小于真实值，当出射点在 点右侧时，测量值大于真实值，故甲同学测得的折射率与真实值相比可能偏大，可能偏小，可能不变。
（2）
【解析】作出的图象如图
假设每小格边长为 ，由 得
。
（3）
【解析】由 射入后，第一次折射时入射角大于折射角，第二次折射时折射角大于入射角，若经过 点，光路如图中的直线 ，若从 点射出，如图中的直线 ，图中的直线 不能保证上述条件。
14. （1） 光的全反射
【解析】实验是利用光的全反射现象进行的。
（2）
【解析】当恰好看不到 和 的像时停止转动玻璃砖，此时 和 反射的光在玻璃砖中恰好发生全反射，根据几何关系，此时入射角 为临界角，可得
解得 。
（3） AD
【解析】为了减小实验误差，玻璃砖的宽度宜大些，大头针的间距应尽量大些，故A、D正确。
15. （1） ；；
【解析】双缝干涉装置各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此填 、 、 。
（2） ①
【解析】由 可知，由于紫光的波长比红光的短，则图样为 。
②
【解析】如图将产生 图样的装置的双缝距离变小，由 可知，条纹间距变宽，则图样为 。
（3）
【解析】由 可知 。
（4） ；
【解析】由 可得 ，
则 。
16. （1）
【解析】设光线在 界面上的入射角为 ，折射角为 ，玻璃砖的半径为 ，根据数学知识得
则此玻璃折射率测量值的表达式为
（2） 、 确定的光在 界面上入射角太大，发生了全反射
【解析】若实验中该同学在 的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到 、 的像，其原因可能是 、 确定的光在 界面上入射角太大，发生了全反射。
（3） ① 不变
【解析】如甲图所示，通过比较发现，入射角和折射角没有发生变化，则由折射定律知，测得的折射率将不变。
② 偏小
【解析】如乙图所示，通过比较发现，入射角没有发生变化，折射角的测量值偏大，则由折射定律可得，折射率测量值偏小。
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一、单项选择题（共1小题；共4分）
1. 双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源 到 、 的距离相等， 点为 、 连线中垂线与光屏的交点。光源 发出的波长为 的光，经 出射后垂直穿过玻璃片传播到 点，经 出射后直接传播到 点，由 到 点与由 到 点，光传播的时间差为 。玻璃片厚度为 ，玻璃对该波长光的折射率为 ，空气中光速为 ，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是
A. B. C. D.
二、双项选择题（共2小题；共8分）
2. 用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示，光屏上能观察到清晰的干涉条纹。关于该实验，下列说法正确的是
A. 取下滤光片，光屏上将只见到白光
B. 若将双缝间的距离 增大，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
C. 测出 条亮条纹间的距离 ，则相邻两条亮条纹间距为
D. 若将滤光片由红色换成绿色，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
3. 如图所示，在用插针法测上下表面平行的玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向 ，插了两枚大头针 和 ， 、 、 分别是三条直线，关于以后操作的说法中，你认为正确的是
A. 在 侧调整观察视线，另两枚大头针 和 。可能插在直线 上
B. 在 侧调整观察视线，另两枚大头针 和 可能插在直线 上
C. 保持 点不动，减小入射角，在 侧调整观察视线，另两枚大头针 和 可能插在直线 上
D. 保持 点不动，增大入射角，在 侧调整观察视线，看不清 和 的像，这可能是光在 面发生了全反射
三、填空题（共1小题；共4分）
4. 如图，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针 ， 确定入射光线，并让入射光线过圆心 ，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针 ，使 挡住 、 的像，连接 、 。图中 为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称， 、 分别是入射光线、折射光线与圆的交点， 、 均垂直于法线并分别交法线于 、 点。设 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，一定需要用刻度尺测量 （用上述所给物理量的字母表示），则玻璃砖的折射率可表示为 。
四、实验题（共12小题；共78分）
5. 用双缝干涉测光的波长，实验装置如图甲所示。
（1）单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样。双缝的作用是 。
（2）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距时，测量值 实际值。（填“大于”“小于”或“等于”）
6. 某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。
（1）下列能够提高实验准确程度的措施是
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
（2）该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是 。
7. 在“测定玻璃的折射率”的实验中，如图所示，某同学先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面所在直线 和 。 为直线 与 的交点，在直线 上竖直地插上 、 两枚大头针。
（1）该同学接下来要完成的必要步骤有 。
A.插上大头针 ，使 仅挡住 的像
B.插上大头针 ，使 挡住 和 的像
C.插上大头针 ，使 仅挡住
D.插上大头针 ，使 挡住 和 、 的像
（2）过 、 作直线交 于 ，过 作垂直于 的直线 ，连接 、 ，测量图中 和 的大小。则玻璃砖的折射率 。
8. 某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”的实验，实验装置俯视图如图甲所示。（说明：图左侧为前方）
（1）某同学经过初步调试后，看到了比较模糊的条纹，为了在屏上得到清晰的条纹，以下操作正确的是 （填选项前的字母）。
A．旋转测量头
B．上下拨动金属拨杆
C．左右拨动金属拨杆
D．前后拨动金属拨杆
（2）该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板中心刻线不平行，如图乙所示，若要使两者对齐，该同学应 （填选项前的字母）。
A．仅左右转动透镜
B．仅旋转单缝
C．仅旋转双缝
D．仅旋转测量头
9. 利用软木塞插针法测水的折射率实验步骤如下：
（1）（）如图，取一厚度可忽略不计的圆形软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在水面上。
（）调整大头针插入软木塞的深度，使得从软木塞周围向液体中观察，恰好在此时看不到大头针。
（）需要测量的物理量有 、 。（写出物理量符号和相应的物理意义）
（2）水的折射率表达式 。[用步骤（）中的物理量符号表示]
10. 某同学利用图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，该同学可 。
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）若双缝的间距为 ，屏与双缝间的距离为 ，测得第 条暗条纹到第 条暗条纹之间的距离为 ，则单色光的波长 。
（3）某次测量时，选用的双缝的间距为 ，测得屏与双缝间的距离为 ，第 条暗条纹到第 条暗条纹之间的距离为 。则所测单色光的波长为 （结果保留 位有效数字）。
11. 在“用插针法测玻璃砖折射率”的实验中，玻璃砖的 边与 边相互平行， 边与 边不平行，某同学在白纸上仔细画出了玻璃砖的两条边线 和 ，如图所示。
（1）实验时，先在玻璃砖的一侧插两枚大头针 和 以确定入射光线 。接着，眼睛在玻璃砖的 （选填“同一侧”或“另一侧”）观察所插的两枚大头针 和 ，同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线。
（2）实验中是否要求四枚大头针的针帽在同一视线上 （选填“是”或“否”）。
（3）下列操作可以减小实验误差的是 。（填字母代号）
A.适当减小大头针 、 的间距
B.选择玻璃砖相互平行的 、 边来测量
C.选用尽可能细的笔画线
D.使 的入射角接近于
12. 请回答下列问题。
（1）细丝和单缝有相似的衍射图样，在相同条件下，小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝Ⅰ和细丝Ⅱ，在光屏上形成的衍射图样如图 中 和 所示，已知细丝Ⅰ的直径为 ，现用螺旋测微器测量细丝Ⅱ的直径，如图 所示，细丝Ⅱ的直径为 。图 （填“”或“”）是细丝Ⅱ的衍射图样。
（2）小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置如图 所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为 的单色光照射单缝，能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延长线的距离为 ，与光屏的距离为 ，则相邻条纹间距 ，随后小明撤去平面镜，在单缝下方 处放置同样的另一单缝，形成双缝结构，则在光屏上 （填“能”或“不能”）观察到干涉条纹。
13. 在“用插针法测定玻璃的折射率”实验中，甲、乙两位同学分别使用矩形玻璃砖和梯形玻璃砖进行实验。
（1）甲同学在纸上画出的界面 、 与矩形玻璃砖位置的关系如图甲所示，若其他操作均正确，且以 、 为界面画光路图，则测得的折射率与真实值相比 （选填“偏大”“偏小”“不变”或“可能偏小、偏大或不变”）。
（2）乙同学使用梯形玻璃砖经正确操作插好了 枚大头针，如图乙所示，其垂直投影平面图如图丙所示。
该玻璃砖的折射率 。（结果保留 位有效数字）
（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，乙同学用梯形玻璃砖又做了两次实验，经正确操作共插好了 枚大头针，如图丁所示。图中 和 是同一入射光线上的 枚大头针，其对应出射光线上的 枚大头针是 和 （选填“”或“”）。
14. 如图所示为测一块半圆形玻璃砖的折射率的实验，实验的主要步骤如下：
A．将半圆形玻璃砖放在白纸上，用铅笔画出它的直径 ，移走玻璃砖，并用刻度尺找出中点 ，记下此点即圆心；
B．在圆弧侧的白纸上，作过 点且垂直直径 的直线 ，放上玻璃砖，在 上竖直地插两颗大头针 和 ；
C．使玻璃砖以 为轴在白纸上缓慢地转动，同时眼睛向着 透过玻璃砖观察 和 的像，当恰好看不到 和 的像时停止转动玻璃砖，记下此时的直径 的位置；
D．量出 和 的夹角 。
（1）实验是利用 现象进行的。
（2）若量得 ，，则半圆形玻璃砖的折射率约为 。（保留 位有效数字）
（3）在测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，应该注意的是 。
A．玻璃砖的宽度宜大些
B．用其他形状的玻璃砖误差大
C．入射角应尽量小些
D．大头针的间距应尽量大些
15. 现有毛玻璃屏 、双缝 、白光光源 、单缝 和透红光的滤光片 等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
（1）将白光光源 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为 、 、 、 、 。
（2）如图所示， 、 、 、 代表双缝产生的四种干涉图样，回答下列问题：
① 如果 图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用 图样表示最合适。
② 如果将产生 图样的装置的双缝距离变小，那么得到的图样用 图样表示最合适。
（3）将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第 条亮条纹，此时手轮上的示数为 ，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第 条亮条纹中心对齐，记下此时手轮上的示数为 ，则相邻亮条纹的间距 为 。
（4）已知双缝间距 为 ，测得双缝到屏的距离 为 ，由计算公式 ，求得所测红光波长为 。
16. 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率（如图所示），实验的主要步骤如下：
A．把白纸用图钉钉在木板上，在白纸上作出直角坐标系 ，在白纸上画一条线段 表示入射光线；
B．把半圆形玻璃砖 放在白纸上，使其底边 与 轴重合，且圆心恰好位于 点；
C．在 线段上竖直地插上两枚大头针 、 ；
D．在坐标系的 的区域内竖直地插上大头针 ，并使得从 一侧向玻璃砖方向看去， 能同时挡住 和 的像；
E．移开玻璃砖，作 、 连线，用圆规以 点为圆心画一个圆（如图中虚线所示），此圆与 交点为 ，与 的交点为 ，测出 点到 、 轴的距离分别为 、 ， 点到 、 轴的距离分别为 、 。
（1）根据测出的 、 两点到两坐标轴的距离，可知此玻璃折射率测量值的表达式为 。
（2）若实验中该同学在 的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到 、 的像，其原因可能是： 。
（3）该同学用平行玻璃砖做实验。
① 他在纸上正确画出玻璃砖的两个界面 和 后，不小心碰了玻璃砖使它向 方向平移了少许，如图所示，则他测出的折射率将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
② 他在画界面时，不小心将两界面 、 间距画得比玻璃砖宽度大些，如图所示，则他测得的折射率 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
答案
第一部分
1. A
【解析】光在玻璃中的传播速度为
可知时间差 。
第二部分
2. B， D
【解析】取下滤光片，光屏上将出现彩色的干涉条纹，故A错误；根据 知，将双缝间的距离 增大，则光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，故B正确；测出 条亮条纹间的距离 ，则相邻两条亮条纹间距为 ，故C错误；若将滤光片由红色换成绿色，光的波长减小，根据 知，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，故D正确。
3. B， C
【解析】根据光的折射规律可知，光线经过玻璃砖后，入射光线和出射光线平行，并且向左侧发生偏移，所以两枚大头针 和 不可能插在直线 上，两枚大头针 和 可能插在直线 上，故A错误，B正确；若减小入射角，那么折射角也减小，出射点会往左偏移，且出射光线会与入射光线平行，所以两枚大头针 和 可能插在直线 上，故C正确；根据光路可逆性原理，光线不可能在 界面发生全反射，故D错误。
第三部分
4. 、 ；
【解析】设圆的半径为 ，根据几何知识得，入射角的正弦 ，
折射角的正弦 ，
根据折射定律得，玻璃砖的折射率 ，
所以需要用刻度尺测量 和 。
第四部分
5. （1） 获得相干光源
【解析】单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，双缝的作用是获得相干光源。
（2） 大于
【解析】如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值偏大。
6. （1） AD
【解析】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，两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，对折射率的测定结果不产生影响，B错误；
为了准确作出光路图，应选用较细的大头针来完成实验，选用粗的大头针完成实验时，容易出现观察误差，C错误；
插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离适当大些时，相同的距离误差情况下引起的角度误差会减小，D正确。
（2） D
【解析】因玻璃的折射率较大，故在玻璃中的折射角一定小于入射角，则实验作出的入射角一定大于折射角，并且光线从玻璃中出来后，应与入射光平行，因此只有D正确，A、B、C均错误。
7. （1） BD
【解析】该同学接下来要完成的必要步骤有：确定大头针 的位置的方法是插上大头针 ，使 能挡住 、 的像。确定大头针 的位置的方法是大头针 能挡住 和 、 的像。故B、D正确，A、C错误。
（2）
【解析】根据折射定律得，玻璃砖的折射率为 。
8. （1） C
【解析】单缝与双缝相互平行，可使干涉条纹更加清晰明亮，所以需要左右移动拨杆，故C正确，A、B、D错误。
（2） D
【解析】发现里面的亮条纹与分划板中心刻线未对齐，若要使两者对齐，该同学应调节测量头，故A、B、C错误，D正确。
9. （1） 木塞的半径 ；大头针在水面下的长度
【解析】要测量的物理量为木塞的半径 和大头针在水面下的长度 。
（2）
【解析】恰好在此时看不到大头针，说明来自大头针的光在木塞边缘恰好发生全反射，则
而
联立可得 。
10. （1） B
【解析】 越小，目镜中观察到的条纹数越多，由 可知B正确；
（2）
【解析】由 ，得 。
（3）
【解析】。
11. （1） 另一侧
【解析】实验时，先在玻璃砖的一侧插两枚大头针 和 以确定入射光线 ；接着，眼睛在玻璃砖的另一侧观察所插的两枚大头针 和 ，同时通过插第三、第四枚大头针来确定从玻璃砖射出的光线。
（2） 否
【解析】实验中要求四枚大头针的针尖在同一视线上，而不是针帽。
（3） C
【解析】大头针 和 及 和 之间的距离适当大些时，相同的距离误差，引起的角度误差会小些，角度的测量误差会小些，故A错误；
用插针法测定折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，故B错误；
为了准确确定入射光线和出射光线，应选用尽可能细的笔画线，故C正确；
为了减小测量的相对误差，选择的入射角应尽量大些，但不是接近 ，故D错误。
12. （1）
【解析】根据题图 可知细丝Ⅱ的直径为 ；单缝衍射时，单缝越宽，衍射效果越不明显，中间亮纹越窄，所以图 是直径更大的细丝Ⅱ的衍射图样。
（2） ；不能
【解析】如图 ，通过平面镜反射的光线可以看成从 点下方 处射出的光线，则干涉条纹可以看成由到 点距离均为 的双缝干涉形成的条纹，则相邻条纹间距 ；
撤去平面镜，在单缝下方 处放置同样的另一单缝，有双缝结构，但白炽灯发出的光不是相干光，通过两缝的光不能发生干涉。
13. （1） 可能偏小、偏大或不变
【解析】甲同学的测量会出现三种可能，光路图如图所示，当出射点为 时，测量值与真实值相同，当出射点在 左侧时，测量值小于真实值，当出射点在 点右侧时，测量值大于真实值，故甲同学测得的折射率与真实值相比可能偏大，可能偏小，可能不变。
（2）
【解析】作出的图象如图
假设每小格边长为 ，由 得
。
（3）
【解析】由 射入后，第一次折射时入射角大于折射角，第二次折射时折射角大于入射角，若经过 点，光路如图中的直线 ，若从 点射出，如图中的直线 ，图中的直线 不能保证上述条件。
14. （1） 光的全反射
【解析】实验是利用光的全反射现象进行的。
（2）
【解析】当恰好看不到 和 的像时停止转动玻璃砖，此时 和 反射的光在玻璃砖中恰好发生全反射，根据几何关系，此时入射角 为临界角，可得
解得 。
（3） AD
【解析】为了减小实验误差，玻璃砖的宽度宜大些，大头针的间距应尽量大些，故A、D正确。
15. （1） ；；
【解析】双缝干涉装置各组成部分在光具座上的正确排序为光源、滤光片、单缝、双缝、屏，因此填 、 、 。
（2） ①
【解析】由 可知，由于紫光的波长比红光的短，则图样为 。
②
【解析】如图将产生 图样的装置的双缝距离变小，由 可知，条纹间距变宽，则图样为 。
（3）
【解析】由 可知 。
（4） ；
【解析】由 可得 ，
则 。
16. （1）
【解析】设光线在 界面上的入射角为 ，折射角为 ，玻璃砖的半径为 ，根据数学知识得
则此玻璃折射率测量值的表达式为
（2） 、 确定的光在 界面上入射角太大，发生了全反射
【解析】若实验中该同学在 的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到 、 的像，其原因可能是 、 确定的光在 界面上入射角太大，发生了全反射。
（3） ① 不变
【解析】如甲图所示，通过比较发现，入射角和折射角没有发生变化，则由折射定律知，测得的折射率将不变。
② 偏小
【解析】如乙图所示，通过比较发现，入射角没有发生变化，折射角的测量值偏大，则由折射定律可得，折射率测量值偏小。
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