物理第十五章 光学 实验 测定玻璃的折射率 实验 用双缝干涉测光的波长

第第4 4讲实验讲实验: :测测定玻璃定玻璃的折射率的折射率 实验实验: :用双用双缝干涉测光的波长缝干涉测光的波长知识梳理知识梳理一、测定玻璃的折射率一、测定玻璃的折射率1.实验原理实验原理如图所示,abba为两面平行的玻璃砖,光线的入射角为1,折射角为2,根据n= 可以计算出玻璃的折射率。 12sinsin2.实验步骤实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上。(2)在白纸上画一条直线aa,并取aa上的一点O为入射点,作过O的法线NN。(3)画出直线AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两枚大头针。(4)在白纸上放上玻璃砖,使其中一个长边与直线aa对齐,并画出另一条长边的对齐线bb。(5)眼睛在另一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡住,然后在观察一侧插上大头针P3,使P3同时挡住P2、P1的像,再插上P4,使P4挡住P3及P2、P1的像。(6)移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线OB及出射点O,连接O、O得线段OO,则OO为玻璃砖内的折射光线。(7)用量角器测量入射角1和折射角2。(8)改变入射角,重复实验。记录下每次入射时的 ,并取平均值。12sinsin1.实验原理实验原理相邻两条明条纹间距x与入射光波长,双缝S1、S2间距d及双缝与屏的距离L满足关系式为: x= 。Ld二、用双缝干涉测光的波长二、用双缝干涉测光的波长2.实验装置实验装置 3.实验步骤实验步骤(1)安装仪器a.将光源、遮光筒、光屏依次安放在光具座上。b.接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达沿轴线到达光屏。c.安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行平行。(2)观察与记录a.调单缝与双缝间距为几厘米时,观察白光的干涉条纹。b.在单缝和光源之间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。c.调节测量头,使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1,转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的读数a2,则相邻两条亮条纹间的距离 x= 。d.换用不同的滤光片,测量其他色光的波长。 12|1aan1.(多选)如图所示,用插针法测定玻璃折射率的实验中,以下各说法中正确的是()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1适当大些可以提高准确度D.入射角太大,折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射,使实验无法进行E.P1、P2的间距、入射角的大小均与实验的准确度无关AC答案答案 AC同一侧大头针之间的距离适当大些,可以提高准确度;入射角适当大些,相应的折射角也增大,折射现象较明显,方便测量且误差较小;A、C正确,B、E错;由于光通过玻璃砖时,各相关角度是互相制约的,其出射角恒等于入射角,而对于入射的界面,光线是从光疏介质射入光密介质,折射角必小于入射角,当入射角趋于最大值90,折射角也趋于最大值C,而对于出射的界面,在玻璃砖内的折射光线的入射角也趋于最大值C,根据光路可逆原理,出射角最大也趋于90,即始终能有光线穿过玻璃砖,D错。2.利用双缝干涉测光的波长实验中,双缝间距为d=0.4 mm,双缝到光屏的距离为L=0.5 m,用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所给出,则:(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数分别为xA=11.1 mm,xB=15.6mm,相邻两条纹间距x=0.75mm;(2)波长的表达式=x (用x、L、d表示),该单色光的波长为=6.010-7 m;(3)若改用频率较高的单色光照射,得到的干涉条纹间距将变小变小。(填“变大”“不变”或“变小”)dL 答案答案(1)11.115.60.75(2)x6.010-7(3)变小dL解析解析由题图可知A、B间有6个条纹间距,因此x=。由x=及=知频率越高,波长越短,条纹间距离越小。6BAxxLdcf深化拓展深化拓展考点一考点一测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率考点二考点二用双缝干涉测光的波长用双缝干涉测光的波长深化拓展深化拓展考点一测定玻璃的折射率考点一测定玻璃的折射率一、实验操作和误差分析一、实验操作和误差分析1.用手拿玻璃砖时,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不能触摸光洁的光学面,严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb。2.实验过程中,玻璃砖在纸上的位置不可移动。3.大头针应竖直地插在白纸上,且玻璃砖两侧每两枚大头针P1和P2间、P3和P4间的距离应适当大一点,以减小确定光路方向时造成的误差。4.实验时入射角不宜过小,否则会使测量误差过大,也不宜过大,否则在bb一侧将看不清P1、P2的像。5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。 1-1 2015北京理综,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。图1 在插P3和P4时,应使C(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的像答案答案 C P3应同时挡住P1、P2的像,P4应挡住P3本身和P1、P2的像,故选项C正确。1-2某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时,先在白纸上作一与圆柱横截面相同的圆,圆心为O。将圆柱形玻璃的底面与圆重合放在白纸上。在圆柱形玻璃一侧适当位置竖直插两枚大头针P1和P2,在另一侧适当位置先后插两枚大头针P3和P4,先使P3能够挡住P2、P1的像,再插大头针P4,并使P4能够挡住P3和P2、P1的像。移去圆柱形玻璃和大头针后,得如图所示的痕迹。答案答案如图所示解析解析根据插针的针迹画出正确光路图,找到入射角与折射角。根据折射率定义,结合光路的可逆性,有n=。21sinsin21sinsin21sinsin图中已画出过P1、P2的入射光线,请在图中补画出完整的光路图,并标出光从玻璃射入空气的入射角1和折射角2。用入射角1和折射角2表示玻璃折射率的表达式为 n=。二、数据处理方法二、数据处理方法1.计算法计算法:计算每次折射率n,求出平均值。n2.图像法图像法: 3.单位圆法单位圆法: 1-3如图所示,某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖的折射率,OA是画在纸上的直线,他在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针,如图放上玻璃砖(如粗黑线所示),然后插上P3、P4大头针。(1)其中他确定P3大头针位置的方法应当是 。(2)若该同学实验操作规范准确,其记录的情况如图所示。该同学还用圆规做了一个以O为圆心,半径与玻璃砖相同的半圆(如图中虚线所示)。请您帮这位同学算出玻璃砖的折射率,写出必要的计算过程。答案答案(1)见解析(2)1.5解析解析(1)他确定P3大头针位置的方法应当是:透过玻璃砖看,P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像。(2)由折射定律可得:n=1.5。 sinsinEODBOCDECB641-4(多选)某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的多组入射角1与折射角2作出 sin 1-sin 2图像如图所示,则下列判断中正确的是( )A.他做实验时,研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象B.玻璃的折射率为0.67C.玻璃的折射率为1.5D.玻璃临界角的正弦值为0.67ACD答案答案 ACD由sin 1-sin 2图像可知,=1.51,所以入射角1大于折射角2,故光是从空气射入玻璃的,A正确。由折射率定义知n=1.5,C正确,B错误。由临界角定义知临界角的正弦值 sin C=0.67,D正确。12sinsin10.671n考点二用双缝干涉测光的波长考点二用双缝干涉测光的波长1.实验操作应注意的事项实验操作应注意的事项(1)保证灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒共轴。(2)保持单缝和双缝平行。甲乙2.测量头的构造及使用测量头的构造及使用如图甲所示,测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,分划板会向左右移动,测量时,应使分划板中心刻度对齐条纹的中心,如图乙所示,记下此时手轮上的读数。两次读数之差就表示这两条条纹间的距离。实际测量时,要测出n条明纹(暗纹)的宽度,设为a,那么x=。 1an2-1在用双缝干涉法测光的波长的实验中,请按照题目要求回答下列问题。甲、乙两图都是光的条纹形状示意图,其中干涉图样是图甲甲。将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置,并用此装置测量红光的波长。 元件代号ABCDE元件名称光屏双缝白光光源单缝红色滤光片将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表格中光学元件的排列顺序应为EDBA。(填写元件代号)已知该装置中双缝间距d=0.50 mm,双缝到光屏的距离L=0.50 m,在光屏上得到的干涉图样如图丁所示,分划板在图中A位置时游标卡尺如图戊所示,则其示数为110.65mm;在B位置时游标卡尺如图己所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为7.1 10-7 m。 答案答案甲EDBA110.657.110-7 解析解析干涉条纹是相互平行、宽度相同的明暗相间的条纹。略。由戊、己两图可以看出,A、B两条纹之间的距离为xAB=115.60 mm-110.65 mm=4.95 mm。从丁图可以看出A、B间距离等于7个条纹宽度,故x=0.71 mm,再由x=可得入射光的波长。7ABxLd