浙江专版2021年高考物理一轮复习微专题突破练专题24光学实验含解析

浙江专版2021年高考物理一轮复习微专题突破练专题24光学实验含解析

专题24　光 学 实 验 ‎(建议用时40分钟)‎ ‎1.利用双缝干涉测定光的波长实验中,取双缝间距d=0.5 mm,双缝与光屏间距离L=0.5 m,用某种单色光照射双缝得到干涉图像如图甲所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图乙所示,则单色光的波长为________ m;若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 ‎ ‎【解析】A位置的读数为11 mm+0.1×1 mm=11.1 mm,B位置的读数为15 mm+0.1×‎ ‎6 mm=15.6 mm,故Δx= mm= mm,根据Δx=λ得λ==‎ ‎ m≈6.43×10-7 m;频率较高的单色光的波长小,由Δx=λ可得,得到的干涉条纹间距将变小。‎ 答案:6.43×10-7　变小 ‎2.在观察光的双缝干涉现象的实验中:‎ ‎(1)将激光束照在如图乙所示的双缝上,在光屏上观察到的现象是图甲中的________。 ‎ ‎(2)换用间隙更小的双缝,保持双缝到光屏的距离不变,在光屏上观察到的条纹宽度将________;保持双缝间隙不变,减小光屏到双缝的距离,在光屏上观察到的条纹宽度将________。(均选填“变宽”“变窄”或“不变”) ‎ ‎【解析】(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹,A图正确。‎ - 7 -‎ ‎(2)根据Δx=λ知,双缝间的距离d减小时,条纹间距变宽;当双缝到屏的距离l减小时,条纹间距变窄。‎ 答案:(1)A　(2)变宽　变窄 ‎3.在“测定玻璃的折射率”实验中 ‎(1)某同学在画玻璃砖边界时操作如图甲所示,请指出其不当之处:__________‎ ‎(写出一点即可)。 ‎ ‎(2)实验中,已画好玻璃砖边界ab、cd后,不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点,如图乙所示,其他操作正确,则测得玻璃的折射率将________(选填“变大”“不变”或“变小”)。 ‎ ‎【解析】(1)不能用手触摸玻璃砖的表面,否则很容易使得表面变脏;玻璃砖太厚,当作尺子用时容易使得画出的线与实际有所偏移;‎ ‎(2)如图所示,实线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图,而虚线是未将玻璃砖向上平移时作图时所采用的光路图,通过比较发现,入射角和折射角没有变化,则由折射定律n=得知,测得的折射率将不变。‎ 答案:(1)用手触摸光学面,拿玻璃砖当尺子用　(2)不变 ‎4.用图甲所示的实验装置,做“双缝干涉测光的波长”实验: ‎ ‎(1)某同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现里面的两条纹与分划板中心刻线未对齐,如图乙所示,若要使两者对齐,该同学应如何调节________。 ‎ A.仅左右转动透镜　 B.仅旋转单缝 - 7 -‎ C.仅旋转双缝 D.仅旋转测量头 ‎(2)在实验中,双缝间距d=0.5 mm,双缝与光屏间距离L=0.5 m,用某种单色光照射双缝得到干涉图象如图丙,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图丁,则图丁中A位置的游标卡尺读数为________mm,单色光的波长为________m。(结果保留2位有效数字)。 ‎ ‎【解析】(1)发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,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;‎ ‎(2)A位置游标卡尺的主尺读数为11 mm,游标读数为0.1×1 mm=0.1 mm,所以最终读数为11.1 mm。同理,B位置游标卡尺的主尺读数为15 mm,游标读数为0.1×‎ ‎5 mm=0.5 mm,所以最终读数为15.5 mm。相邻两亮条纹的间距Δx==‎ ‎ mm=0.63 mm。根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ得,λ=Δx。代入数据得λ=m=6.3×10-7 m。‎ 答案:(1)D　(2)11.1　6.3×10-7‎ ‎5.如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”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=0.20 mm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=700 mm。接通电源使光源正常工作。 ‎ ‎(1)已知测量头上主尺的分度值是1毫米,副尺(游标尺)上有20小格。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,使分划板中心刻线与某条纹A中心对齐,如图乙所示,‎ - 7 -‎ 此时测量头上主尺和副尺的示数情况如图丙所示,此示数为______mm;接着再转动手轮,使分划板中心刻线与某条纹B中心对齐时,测量头上的示数为8.65 mm。利用上述测量结果,经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长λ=______m(结果保留2位有效数字)。 ‎ ‎(2)另一同学按实验装置安装好仪器后,观察到光的干涉现象效果很好。若他对实验装置做了一下改动后,在像屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加。以下改动可能实现这个效果的是________。 ‎ A.仅将滤光片移至单缝和双缝之间 B.仅将单缝向远离双缝方向移动少许 C.仅将单缝与双缝的位置互换 D.仅将红色滤光片换成绿色的滤光片 ‎【解析】(1)图中游标卡尺的主尺的刻度为0,游标尺的第5刻度与上边对齐,则读数为:0 mm+0.05×5 mm=0.25 mm,A到B条纹间的距离为8.40 mm,由图可知A到B条纹间的距离为5个条纹宽度,则:Δx= mm=1.68 mm 根据公式Δx=λ 得:λ== mm≈4.8×10-7 m ‎(2)对实验装置做了一下改动后,在像屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加,可知各条纹的宽度减小。Δx=λ,仅将滤光片移至单缝和双缝之间,‎ λ、L与d都不变,则Δx不变,故A错误;仅将单缝远离双缝移动少许,λ、L与d都不变,则Δx不变,故B错误;仅将单缝与双缝的位置互换,将不能正常观察双缝干涉,故C错误;仅将红色滤光片换成绿色的滤光片,λ减小,L与d都不变,则Δx减小。故D正确。‎ 答案:(1)0.25　4.8×10-7　(2)D ‎6.在利用“插针法”测定玻璃的折射率实验中: ‎ ‎(1)(多选)下列操作可以减小实验误差的是________(选填字母代号)。 ‎ A.P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些 B.选择平行玻璃砖进行实验 C.入射角适当大些 - 7 -‎ D.若有几块厚度不同的玻璃砖,应选用厚度较小的 ‎(2)正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示,此玻璃的折射率计算式为n=____‎ ‎(用图中的α、β表示)。‎ ‎(3)同学在画界面时,不小心将两界面的间距画得比玻璃砖宽度略大,则测得的折射率________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 ‎ ‎【解析】(1)选A、C。大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时,引起的角度误差会减小,角度的测量误差会小些,故A项正确;作插针法测定折射率时,玻璃砖上下表面不一定要平行,故B项错误;为了减小测量的相对误差,选择的入射角应尽量大些,效果会更好,故C项正确;若有几块厚度不同的玻璃砖,应选用厚度较大一些的,故D项错误。‎ ‎(2)由图可知,入射角为90°-α,折射角为90°-β;则由折射定律可知:n=‎ ‎=。‎ ‎(3)用插针法测定玻璃砖折射率的实验原理是折射定律n=;某同学画出的界面都比实际界面向外侧平移了一些,如图,实线表示实际的光路图,虚线表示该同学画图时光路图,入射角测量没有误差,而折射角偏大,则根据折射定律得知,测出的折射率n将偏小。‎ 答案:(1)A、C　(2)　(3)偏小 ‎7.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在图1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。 ‎ - 7 -‎ ‎(1)将白光光源C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CE________A。 ‎ ‎(2)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图2所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图3中手轮上的示数________mm,求得相邻亮纹的间距Δx为________mm。 ‎ ‎(3)为了增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离,可以________。 ‎ A.增大单缝和双缝之间的距离 B.增大双缝和光屏之间的距离 C.将红色滤光片改为绿色滤光片 D.增大双缝之间的距离 ‎【解析】(1)为获取单色线光源,白色光源后面要有滤光片、单缝D、双缝B;‎ ‎(2)图3螺旋测微器固定刻度读数为13.5 mm,可动刻度读数为37.0×0.01 mm,两者相加为13.870 mm 同理:图2的读数为:2.320 mm 所以Δx= mm=2.310 mm;‎ ‎(3)依据双缝干涉条纹间距规律Δx=λ可知:‎ Δx与单缝和双缝间的距离无关,故增大单缝与双缝之间的距离不改变相邻两条亮纹之间的距离,故A错误;增大双缝与光屏之间的距离L,由上式知,可增大相邻两条亮纹之间的距离,故B正确;绿光的波长比红光短,由上知,将红色滤光片改为绿色滤光片,干涉条纹的间距减小,故C错误;增大双缝之间的距离d,干涉条纹的间距减小,故D错误。‎ 答案:(1)DB　(2)13.870　2.310　(3)B ‎8.某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行,正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示。‎ - 7 -‎ ‎(1)此玻璃砖的折射率计算式为n=________(用图中θ1、θ2表示)。 ‎ ‎(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度________(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。 ‎ ‎(3)若同学选用如图玻璃砖,AA′、BB′为画出的边界,则测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 ‎ ‎【解析】(1)由图得到,光线在玻璃砖上表面入射角为i=90°-θ1,折射角为r=‎ ‎90°-θ2,根据折射定律得n===‎ ‎(2)在宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择时,玻璃砖宽度较大时,引起的角度误差较小。‎ ‎(3)测折射率时,只要操作正确,与玻璃砖形状无关,测量值与真实值相比不变。‎ 答案:(1)　(2)大　(3)不变 - 7 -‎