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第4讲 实验:测定玻璃的折射率 实验:用双缝干涉测光的波长,知识梳理 一、测定玻璃的折射率 1.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。,2.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。,1.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= 。,二、用双缝干涉测光的波长,2.实验装置,3.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 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 。 (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。,1.(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 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= 15.6 mm,相邻两条纹间距x= 0.75 mm; (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 。 (填“变大”“不变”或“变小”),答案 (1)11.1 15.6 0.75 (2) x 6.010-7 (3)变小,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。,深化拓展,考点一 测定玻璃的折射率,考点二 用双缝干涉测光的波长,深化拓展 考点一 测定玻璃的折射率 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 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 如图所示 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= 。,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,1.计算法:计算每次折射率n,求出平均值 。,2.图像法:,3.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 (1)见解析 (2)1.5,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。,1-4 (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0.67 C.玻璃的折射率为1.5,D.玻璃临界角的正弦值为0.67,ACD,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。,考点二 用双缝干涉测光的波长 1.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 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= 。,2-1 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 。 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。,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 110.65 mm;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 7.110-7 m。,答案 甲 EDBA 110.65 7.110-7,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。,
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