2011-2020年高考物理试卷分类汇编之104.光学实验（含答案及解析）

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第104节 光学实验
测定玻璃的折射率
1.2016年四川卷5.某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r，作出sin i-sin r图像如图乙所示。则
A.光由A经O到B，n=1.5
B.光由B经O到A，n=1.5
C.光由A经O到B，n=0.67
D.光由B经O到A，n=0.67
【答案】B
【解析】由图线可知，可得n=1.5；因i是入射角，r是折射角，折射角大于入射角，故光由B经O到A，故选B。
2.2015年理综北京卷21．
（1）“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa′ 和bb′ 分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图1所示，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4。在插P3和P4时，应使_____（选填选项前的字母）
A．P3只挡住P1的像
B．P4只挡住P2的像
C．P3同时挡住P1、P2的像
答案：C
解析：在“测定玻璃砖的折射率”实验中，由折射的光路可知插针时应使P3同时挡住P1、P2的像，P4同时挡住P1、P2、P3的像，故选项C正确。
3. 2011年理综天津卷
9．（3）某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像，如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只须测量出 ，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的测量量表示出折射率n= 。
【解析】由题意可知，当玻璃砖转过某一角度θ时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2的像，做出如图所示的光路图可知，当转过角度θ时有。
4. 2012年理综浙江卷
21．（10分）在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。
(1)在答题纸上相应的图中画出完整的光路图；
(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n= （保留3位有效数字）；
(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和 （填“A'”或“B”）。
【答案】（1）如解析图1， （2）n=1.51 ， （3）A
【解析】（2） 以入射点为圆心以R为半径作圆，与入射光线和折射光线相交，过交点作法线垂线，测量长度x1、x2，如解析图2，由，根据测得值求出n=1.51 ，保留2位有效数字。
5. 2012年理综重庆卷22．（1）
题22图1所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的 面不能用手直接接触。
在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如题22图2所示。计算折射率时，用 （填“d”或“e”）点得到的值较小，用 （填“d”或“e”）点得到的值误差较小。
答：光学； d； e
解析：由折射率的定义可知，用d点得到的折射角较大（见题22答图），计算得到的折射率的值较小。光线通过平行玻璃砖后的出射光线与入射光线平行，可知用 e点得到的值误差较小。
6.2019年天津卷9.（2）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下列哪些措施能够提高实验准确程度______。
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下图所示，其中实验操作正确的是______。
③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率______。（用图中线段的字母表示）
答案：①AD ②D ③
解析：①当利用插针法得到，入射光线在上表面的入射点和折射光线在下表面的出射点后，入射玻璃板比较厚，那么就可以比较准确的得到玻璃砖中的折射光线，A选项正确；
做实验时，使用的玻璃比较厚是可以的，但不要求上下表面始终平行，B选项错误；
使用粗的大头针不利于准确的确定光沿直线传播的方向，引入的误差比较大，C选项错误；
两根大头针距离比较远时，可以准确地确定在下表面出射的光线的传播方向，提高实验精确度，D选项正确。
②当光线经过上下平行的两个界面的时候，入射光线和最终的出射光线是平行的关系，但是在中间发生了折射，并不会在同一条直线上，D选项正确；ABC选项错误；
③根据三角函数和几何关系可以得到，入射角的正弦值，折射角的正弦值，根据折射定律。
用双缝干涉测光的波长
1.2011年理综北京卷
14．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以
A．增大S1与S2的间距 B．减小双缝屏到光屏的距离
C．将绿光换为红光 D．将绿光换为紫光
答：C
【解析】由于双缝干涉中，相邻条纹间距离，增大S1与S2的间距d，相邻条纹间距离Δx减小，A错误；减小双缝屏到光屏的距离L，相邻条纹间距离Δx减小，B错误；将绿光换为红光，使波长λ增大，相邻条纹间距离Δx增大，C正确；将绿光换为紫光，使波长λ减小，相邻条纹间距离Δx减小，D错误。
2.2012年理综福建卷19. （1）（6分）
在“用双缝干涉测光的波长”实验中（实验装置如下图）：
①下列说法哪一个是错误的_______。（填选项前的字母）
A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝
B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划中心刻线与该亮纹的中心对齐
C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx=a/(n-1)
②测量某亮纹位置时，手轮上的示数如右图，其示数为__________mm。
【答案】①A ② 1.970 mm
【解析】①调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，无须放上单缝和双缝。
②主尺的示数为1.5mm(半毫米刻度线已经露出)，可动尺的示数为47.0×0.01mm=0.470mm,总的示数为（1.5+0.470）mm=1.970mm.
3.2016年上海卷9.在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则
（A）中间条纹间距较两侧更宽
（B）不同色光形成的条纹完全重合
（C）双缝间距离越大条纹间距离也越大
（D）遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹
【答案】D
【解析】据干涉图样的特征可知，干涉条纹特征是等间距、彼此平行，故选项A错误；不同色光干涉条纹分布位置不相同，因此选项B错误；据公式可知，双缝间距d越大，干涉条纹距离越小，故选项C错误；遮住一条缝后，变成了单缝衍射，光的衍射也有衍射条纹，故选项D正确。
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