2022年高考物理实验提升特训专题16 光学实验（原卷版）

2022年高考物理实验提升特训专题专题16光学实验1．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AO表示入射光线；B．把半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边与Ox轴重合，且圆心恰好位于O点；C．在AO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O点为圆心画一个圆（如图中虚线所示），此圆与AO线交点为B，与连线的交点为C，测出B点到x、y轴的距离分别为、，C点到x、y轴的距离分别为、。(1)根据测出的B、C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、像，其原因可能是：________________________。(3)该同学用平行玻璃砖做实验如图所示。A．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”）； B．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”）。2．用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针、，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使的像被的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针和，使挡住和的像，挡住以及和的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中为两圆弧所在圆的圆心，图中已画出经过、点的入射光线。(1)在图上补画出完整的光路_____。(2)为了测出玻璃砖的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的分界面两侧画出这两个角_____。(3)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率_____。3．如下图所示为激光光学演示仪。（1）甲同学想利用该装置进行双缝干涉测波长实验，请问还需要的仪器有__________。（双缝间距离已通过读数显微镜测出） （2）如下图所示是乙同学利用该装置测量玻璃折射率时的几张过程图；当玻璃砖转至图乙时发现折射光线恰好消失，则该半圆形玻璃砖的折射率约为_______________。（保留2位有效数字）（3）若将半圆形玻璃砖换成全反射三棱镜，如下图所示，入射光线ab垂直三棱镜的斜面射入，经三棱镜直角边全反射后，射出三棱镜的光线为cd，现将三棱镜绕其斜边中点顺时针旋转30°，入射光线ab保持不变，则出射光线cd旋转的角度为______________. 4．如右图所示为某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖折射率的实验．在一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时，P3、P4恰可挡住P1、P2所成的像，关于该实验（1）以下说法正确的是（_________）A．P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度B．P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度C．入射角θ适当大些，可以提高准确度D．P1、P2的间距，入射角的大小均与实验的准确度无关（2）该玻璃砖的折射率n=_______．另一同学将大头针插在和位置时，沿着P3、P4的方向看不到大头针的像，其原因可能是__________________________________．5．如图甲所示，为测定一块三棱镜的折射率，将三棱镜固定在一张白纸上，并确定好AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。 ①此后正确的操作步骤是___________A．插上大头针P3，使P3挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C．插上大头针P4，使P4挡住P3的像D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像②正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置，如图乙所示，过P1、P2做一条直线与AB边相交于O点，过P3、P4做一条直线与AC变相交于H，并以入射点O为圆心做一个圆，与入射光线相交D，与OH连线的延长线相交于G，过O点做法线，过D点做法线的垂线交于E，过G点做法线的垂线交于F，则所测玻璃折射率的表达式n=___________。（用代表线段长度的字母表示）。6．如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l。然后，接通电源使光源正常工作。 （1）如图为拨杆，请问它是按照下列哪种方式安装和操作的______；A．拨杆A处丫字叉套在单缝所在处的支柱并为轴，手持拨杆的C端，通过左右拨动来调节B小孔套住的双缝B．拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴，手持拨杆的C端，通过手的左右拔动来调节A丫字叉套住的单缝C．拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱并为轴，手持拨杆的C端，通过手的上下拨动来调节A丫字叉套住的单缝（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，如图所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距△x时，最终波长测量值______实际值（填“大于”“小于”或“等于”）。如果想使中心刻线与亮条纹对齐，下列操作中可达到目的的是______。A．仅转动透镜B．仅转动双缝 C．仅转动手轮D．仅转动测量头（3）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．使用间距更小的双缝D．转动手轮（4）若实验中在像屏上得到的干涉图样如图所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图中A、B位置时，游标尺的读数分别为x1、x2，则入射的单色光波长的计算表达式为λ=______。7．（1）小萌同学正在用双缝干涉实验仪测量光的波长，在光具座上正确安装好仪器后，他在测量端观察的同时，不断调节仪器的A部件（如照片所示），这样做的目的是___________（填选项）A．使各部件的中心在同一直线上 B．使单缝与双缝相互平行C．使观察到的图样呈现在视野中央（2）若该同学分别用间距和的双缝来完成实验，你认为在测量头内观察到单色光的干涉条纹是___________和___________（填选项），其中对应双缝间距的是___________（填选项）；（3）某同学使用间距为0.20mm的双缝进行实验，调节双缝与屏之间的距离至100.00cm，当十字叉丝与第k个亮条纹中心重合时，测量头刻度如图甲所示（已加箭头标注），对应的读数为___________当十字叉丝与第个亮条纹中心重合时，测量头刻度如图乙所示（已加箭头标注），对应的读数为___________单色光的波长为___________m（结果保留三位有效数字）8．小沈同学进行“用双缝干涉测波长”的实验，(1)其中部分器材如下：A．白炽灯B．凸透镜C．单缝片D．滤光片E.测量头F。双缝片将以上器材安装在光具座遮光筒上时，自光源起合理的顺序是（填字母）：A、B、___________、___________、F、E (2)某次观察时，透过测量头观察到了绿光的干涉条纹，但条纹的亮度很低，为了便于测量，下列方法能够使条纹亮度增加的是___________A．增加光源的功率B．将毛玻璃换成透明玻璃C．换一个面积更大的凸透镜D．调节测量头的位置(3)下列图示中条纹间距表示正确的是___________。A．B．C。D．(4)如图所示是小沈同学改为参考课本上”用光传感器做双缝干涉的实验”进行实验，图甲、乙分别对应的是第一、二次实验得到的干涉图线。比较甲、乙两图线可判断，第一次实验中的___________A．单缝与双缝的缝距一定较大 B．光强度较小C．光源离双缝的距离较大D．双缝离光传感器的距离可能较小9．我们用以下装置来做“用双缝干涉测量光的波长”的实验：(1)在本实验中，需要利用关系式来求解某色光的波长，其中L和d一般为已知量，所以测量是本实验的关键，观察下面的图像，你认为在实际操作中应选下列图中的________图（填写“甲”、“乙”）更为合适？(2)而在实际操作中，我们通常会通过测n条亮纹间的距离取平均值的方法来减小测量误差。已知实验所用的测量头由分划板、滑块、目镜、手轮等构成，使用50分度的游标卡尺。某同学在成功观察到干涉图像后，开始进行数据记录，具体操作如下：从目镜中观察干涉图像同时调节手轮，总共测量了5条亮纹之间的距离，初末位置游标卡尺的示数如图所示，则相邻两条亮纹的间距________mm。 (3)若在实验当中，某同学观察到以下图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上。若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差，所以需要对仪器进行调整，使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上。下面操作中可行的有________。A．调节拨杆方向B．其他不动，测量头旋转一个较小角度C．其他不动，遮光筒旋转一个较小角度D．将遮光筒与测量头整体旋转一个较小角度(4)在写实验报告时，实验要求学生将目镜中所观察到的现象描绘出来，甲同学和乙同学分别画了移动目镜时的所观察到的初末两个视场区，你觉得__________的图像存在造假现象。10．洛埃德（H.Lloyd）在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置．如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹．单缝S通过平面镜成的像是S′．（i）通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致．如果S被视为其中的一个缝，______________相当于另一个“缝”； （ii）实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有的变化，即半波损失．如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是__________（填写“亮条纹”或“暗条纹”）；（iii）实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0.15mm，单缝到光屏的距离D=1．2m，观测到第3个亮条纹到第12个亮条纹的中心间距为22.78mm，则该单色光的波长_________m（结果保留3位有效数字）．