高考物理一輪復(fù)習(xí)講義專(zhuān)題11.3 本專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)（原卷版）

專(zhuān)題11.3本專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)【講】【講核心素養(yǎng)】科學(xué)實(shí)驗(yàn)：1、通過(guò)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(zhǎng)【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AO以一定的入射角θ1穿過(guò)兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過(guò)插針?lè)ㄕ页龈肷涔饩€AO對(duì)應(yīng)的出射光線O′B，從而畫(huà)出折射光線OO′，求出折射角θ2，再根據(jù)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)或n＝eq\f(PN,QN′)計(jì)算出玻璃的折射率。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(huà)一條直線aa′，并取aa′上的一點(diǎn)O為入射點(diǎn)，作過(guò)O點(diǎn)的法線MM′。（3）畫(huà)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(zhǎng)邊與直線aa′對(duì)齊，并畫(huà)出另一條長(zhǎng)邊的對(duì)齊線bb′。（5）眼睛在bb′的一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察兩個(gè)大頭針并調(diào)整視線方向，使P1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(diǎn)O′，連接O、O′得線段OO′。（7）用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。（8）改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)，算出不同入射角時(shí)的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。4.數(shù)據(jù)處理（1）計(jì)算法：用量角器測(cè)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(shí)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(cè)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(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的直線，如圖所示，其斜率為折射率。（3）“單位圓”法確定sinθ1、sinθ2，計(jì)算折射率n。以入射點(diǎn)O為圓心，以一定的長(zhǎng)度R為半徑畫(huà)圓，交入射光線AO于E點(diǎn)，交折射光線OO′于E′點(diǎn)，過(guò)E作NN′的垂線EH，過(guò)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(zhǎng)度就可以求出n?！纠?】（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(huà)出玻璃磚邊界面后，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中玻璃磚就可以任意移動(dòng)了C．插大頭針時(shí)，要盡量讓針處于豎直狀態(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(wú)法測(cè)得其折射率（2）某學(xué)生在插第三枚大頭針SKIPIF1<0時(shí)，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(shí)擋住______。A．a(chǎn)、bB．c、dC．a(chǎn)、cD．b、d【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)?！咀兪接?xùn)練1】（2022·浙江·模擬預(yù)測(cè)）某同學(xué)利用“插針?lè)ā睖y(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___________。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(guò)大，也不要過(guò)小D．P3和P4兩針的距離要適當(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(huà)入射光線，再插上P1和P2兩針，因入射光線已經(jīng)畫(huà)好，故只要P1和P2兩針插得準(zhǔn)、插得直就可以，對(duì)兩針距離遠(yuǎn)近沒(méi)有要求，這個(gè)說(shuō)法是___________的。（填“正確”或“錯(cuò)誤”）（3）某同學(xué)在插P4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”）【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(huà)界線.（4）實(shí)驗(yàn)過(guò)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(zhǎng)1.實(shí)驗(yàn)原理單色光通過(guò)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Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光波長(zhǎng)λ之間滿(mǎn)足λ＝eq\f(d,l)Δx.2.實(shí)驗(yàn)過(guò)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(kāi)開(kāi)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(zhǎng)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(fù)測(cè)量.3.數(shù)據(jù)處理（1）條紋間距Δx＝eq\f(an－a1,n－1).（2）波長(zhǎng)λ＝eq\f(d,l)Δx.（3）計(jì)算多組數(shù)據(jù)，求λ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(kāi)學(xué)考試）如圖所示，在“用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中：（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(shuō)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，此時(shí)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_(kāi)________mm，由此可求得相鄰亮紋的間距SKIPIF1<0為_(kāi)________mm。（4）已知雙縫間距d為SKIPIF1<0，測(cè)得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計(jì)算式SKIPIF1<0_________，求得所測(cè)紅光波長(zhǎng)為_(kāi)________nm?！舅仞B(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(kāi)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(zhǎng)，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。（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_(kāi)_________（填“單縫”或“雙縫”），C為_(kāi)_________（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．B．C．D．（4）在實(shí)驗(yàn)前已獲知的數(shù)據(jù)有雙縫間的距離d和雙縫與毛玻璃屏之間的距離L，通過(guò)測(cè)量頭觀察到第N1條亮條紋的讀數(shù)為Y1，觀察到第N2條亮條紋的讀數(shù)為Y2，請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算該單色光波長(zhǎng)的表達(dá)式SKIPIF1<0=_________?！痉椒偨Y(jié)】1.數(shù)據(jù)處理（1）條紋間距Δx＝eq\f(an－a1,n－1