第第4 4講實(shí)驗(yàn)講實(shí)驗(yàn): :測(cè)測(cè)定玻璃定玻璃的折射率的折射率 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn): :用雙用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)知識(shí)梳理知識(shí)梳理一、測(cè)定玻璃的折射率一、測(cè)定玻璃的折射率1.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理如圖所示,abba為兩面平行的玻璃磚,光線的入射角為1,折射角為2,根據(jù)n= 可以計(jì)算出玻璃的折射率。 12sinsin2.實(shí)驗(yàn)步驟實(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的法線NN。(3)畫(huà)出直線AO作為入射光線,并在AO上插上P1、P2兩枚大頭針。(4)在白紙上放上玻璃磚,使其中一個(gè)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)眼睛在另一側(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,然后在觀察一側(cè)插上大頭針P3,使P3同時(shí)擋住P2、P1的像,再插上P4,使P4擋住P3及P2、P1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OB及出射點(diǎn)O,連接O、O得線段OO,則OO為玻璃磚內(nèi)的折射光線。(7)用量角器測(cè)量入射角1和折射角2。(8)改變?nèi)肷浣?重復(fù)實(shí)驗(yàn)。記錄下每次入射時(shí)的 ,并取平均值。12sinsin1.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理相鄰兩條明條紋間距x與入射光波長(zhǎng),雙縫S1、S2間距d及雙縫與屏的距離L滿(mǎn)足關(guān)系式為: x= 。Ld二、用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)二、用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)2.實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置 3.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟(1)安裝儀器a.將光源、遮光筒、光屏依次安放在光具座上。b.接好光源,打開(kāi)開(kāi)關(guān),使白熾燈正常發(fā)光調(diào)節(jié)各部件的高度,使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)沿軸線到達(dá)光屏。c.安裝雙縫和單縫,中心大致位于遮光筒的軸線上,使雙縫與單縫的縫平行平行。(2)觀察與記錄a.調(diào)單縫與雙縫間距為幾厘米時(shí),觀察白光的干涉條紋。b.在單縫和光源之間放上濾光片,觀察單色光的干涉條紋。c.調(diào)節(jié)測(cè)量頭,使分劃板中心刻線對(duì)齊第1條亮條紋的中心,記下手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板向一側(cè)移動(dòng),當(dāng)分劃板中心刻線與第n條相鄰的亮條紋中心對(duì)齊時(shí),記下手輪上的讀數(shù)a2,則相鄰兩條亮條紋間的距離 x= 。d.換用不同的濾光片,測(cè)量其他色光的波長(zhǎng)。 12|1aan1.(多選)如圖所示,用插針?lè)y(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中,以下各說(shuō)法中正確的是()A.P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度B.P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些,可以提高準(zhǔn)確度C.入射角1適當(dāng)大些可以提高準(zhǔn)確度D.入射角太大,折射光線會(huì)在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射,使實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行E.P1、P2的間距、入射角的大小均與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度無(wú)關(guān)AC答案答案 AC同一側(cè)大頭針之間的距離適當(dāng)大些,可以提高準(zhǔn)確度;入射角適當(dāng)大些,相應(yīng)的折射角也增大,折射現(xiàn)象較明顯,方便測(cè)量且誤差較小;A、C正確,B、E錯(cuò);由于光通過(guò)玻璃磚時(shí),各相關(guān)角度是互相制約的,其出射角恒等于入射角,而對(duì)于入射的界面,光線是從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì),折射角必小于入射角,當(dāng)入射角趨于最大值90,折射角也趨于最大值C,而對(duì)于出射的界面,在玻璃磚內(nèi)的折射光線的入射角也趨于最大值C,根據(jù)光路可逆原理,出射角最大也趨于90,即始終能有光線穿過(guò)玻璃磚,D錯(cuò)。2.利用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中,雙縫間距為d=0.4 mm,雙縫到光屏的距離為L(zhǎng)=0.5 m,用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖所示,分劃板在圖中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)也如圖中所給出,則:(1)分劃板在圖中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)分別為xA=11.1 mm,xB=15.6mm,相鄰兩條紋間距x=0.75mm;(2)波長(zhǎng)的表達(dá)式=x (用x、L、d表示),該單色光的波長(zhǎng)為=6.010-7 m;(3)若改用頻率較高的單色光照射,得到的干涉條紋間距將變小變小。(填“變大”“不變”或“變小”)dL 答案答案(1)11.115.60.75(2)x6.010-7(3)變小dL解析解析由題圖可知A、B間有6個(gè)條紋間距,因此x=。由x=及=知頻率越高,波長(zhǎng)越短,條紋間距離越小。6BAxxLdcf深化拓展深化拓展考點(diǎn)一考點(diǎn)一測(cè)定玻璃的折射率測(cè)定玻璃的折射率考點(diǎn)二考點(diǎn)二用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)深化拓展深化拓展考點(diǎn)一測(cè)定玻璃的折射率考點(diǎn)一測(cè)定玻璃的折射率一、實(shí)驗(yàn)操作和誤差分析一、實(shí)驗(yàn)操作和誤差分析1.用手拿玻璃磚時(shí),手只能接觸玻璃磚的毛面或棱,不能觸摸光潔的光學(xué)面,嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫(huà)玻璃磚的另一邊bb。2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng)。3.大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上,且玻璃磚兩側(cè)每?jī)擅洞箢^針P1和P2間、P3和P4間的距離應(yīng)適當(dāng)大一點(diǎn),以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差。4.實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不宜過(guò)小,否則會(huì)使測(cè)量誤差過(guò)大,也不宜過(guò)大,否則在bb一側(cè)將看不清P1、P2的像。5.玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5 cm以上。若寬度太小,則測(cè)量誤差較大。 1-1 2015北京理綜,21(1)“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中,在白紙上放好玻璃磚,aa和bb分別是玻璃磚與空氣的兩個(gè)界面,如圖1所示。在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,用“+”表示大頭針的位置,然后在另一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察,并依次插上大頭針P3和P4。圖1 在插P3和P4時(shí),應(yīng)使C(選填選項(xiàng)前的字母)。 A.P3只擋住P1的像B.P4只擋住P2的像C.P3同時(shí)擋住P1、P2的像答案答案 C P3應(yīng)同時(shí)擋住P1、P2的像,P4應(yīng)擋住P3本身和P1、P2的像,故選項(xiàng)C正確。1-2某同學(xué)在測(cè)定一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率時(shí),先在白紙上作一與圓柱橫截面相同的圓,圓心為O。將圓柱形玻璃的底面與圓重合放在白紙上。在圓柱形玻璃一側(cè)適當(dāng)位置豎直插兩枚大頭針P1和P2,在另一側(cè)適當(dāng)位置先后插兩枚大頭針P3和P4,先使P3能夠擋住P2、P1的像,再插大頭針P4,并使P4能夠擋住P3和P2、P1的像。移去圓柱形玻璃和大頭針后,得如圖所示的痕跡。答案答案如圖所示解析解析根據(jù)插針的針跡畫(huà)出正確光路圖,找到入射角與折射角。根據(jù)折射率定義,結(jié)合光路的可逆性,有n=。21sinsin21sinsin21sinsin圖中已畫(huà)出過(guò)P1、P2的入射光線,請(qǐng)?jiān)趫D中補(bǔ)畫(huà)出完整的光路圖,并標(biāo)出光從玻璃射入空氣的入射角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達(dá)式為 n=。二、數(shù)據(jù)處理方法二、數(shù)據(jù)處理方法1.計(jì)算法計(jì)算法:計(jì)算每次折射率n,求出平均值。n2.圖像法圖像法: 3.單位圓法單位圓法: 1-3如圖所示,某同學(xué)利用方格坐標(biāo)紙測(cè)定半圓形玻璃磚的折射率,OA是畫(huà)在紙上的直線,他在直線OA適當(dāng)位置先后豎直插上P1、P2兩枚大頭針,如圖放上玻璃磚(如粗黑線所示),然后插上P3、P4大頭針。(1)其中他確定P3大頭針位置的方法應(yīng)當(dāng)是 。(2)若該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范準(zhǔn)確,其記錄的情況如圖所示。該同學(xué)還用圓規(guī)做了一個(gè)以O(shè)為圓心,半徑與玻璃磚相同的半圓(如圖中虛線所示)。請(qǐng)您幫這位同學(xué)算出玻璃磚的折射率,寫(xiě)出必要的計(jì)算過(guò)程。答案答案(1)見(jiàn)解析(2)1.5解析解析(1)他確定P3大頭針位置的方法應(yīng)當(dāng)是:透過(guò)玻璃磚看,P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像。(2)由折射定律可得:n=1.5。 sinsinEODBOCDECB641-4(多選)某同學(xué)做測(cè)定玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí),用他測(cè)得的多組入射角1與折射角2作出 sin 1-sin 2圖像如圖所示,則下列判斷中正確的是( )A.他做實(shí)驗(yàn)時(shí),研究的是光線從空氣射入玻璃的折射現(xiàn)象B.玻璃的折射率為0.67C.玻璃的折射率為1.5D.玻璃臨界角的正弦值為0.67ACD答案答案 ACD由sin 1-sin 2圖像可知,=1.51,所以入射角1大于折射角2,故光是從空氣射入玻璃的,A正確。由折射率定義知n=1.5,C正確,B錯(cuò)誤。由臨界角定義知臨界角的正弦值 sin C=0.67,D正確。12sinsin10.671n考點(diǎn)二用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)考點(diǎn)二用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)1.實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)注意的事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)注意的事項(xiàng)(1)保證燈絲、單縫、雙縫、測(cè)量頭與遮光筒共軸。(2)保持單縫和雙縫平行。甲乙2.測(cè)量頭的構(gòu)造及使用測(cè)量頭的構(gòu)造及使用如圖甲所示,測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,分劃板會(huì)向左右移動(dòng),測(cè)量時(shí),應(yīng)使分劃板中心刻度對(duì)齊條紋的中心,如圖乙所示,記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差就表示這兩條條紋間的距離。實(shí)際測(cè)量時(shí),要測(cè)出n條明紋(暗紋)的寬度,設(shè)為a,那么x=。 1an2-1在用雙縫干涉法測(cè)光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)中,請(qǐng)按照題目要求回答下列問(wèn)題。甲、乙兩圖都是光的條紋形狀示意圖,其中干涉圖樣是圖甲甲。將下表中的光學(xué)元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置,并用此裝置測(cè)量紅光的波長(zhǎng)。 元件代號(hào)ABCDE元件名稱(chēng)光屏雙縫白光光源單縫紅色濾光片將白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光學(xué)元件,由左至右,表格中光學(xué)元件的排列順序應(yīng)為EDBA。(填寫(xiě)元件代號(hào))已知該裝置中雙縫間距d=0.50 mm,雙縫到光屏的距離L=0.50 m,在光屏上得到的干涉圖樣如圖丁所示,分劃板在圖中A位置時(shí)游標(biāo)卡尺如圖戊所示,則其示數(shù)為110.65mm;在B位置時(shí)游標(biāo)卡尺如圖己所示。由以上所測(cè)數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長(zhǎng)為7.1 10-7 m。 答案答案甲EDBA110.657.110-7 解析解析干涉條紋是相互平行、寬度相同的明暗相間的條紋。略。由戊、己兩圖可以看出,A、B兩條紋之間的距離為xAB=115.60 mm-110.65 mm=4.95 mm。從丁圖可以看出A、B間距離等于7個(gè)條紋寬度,故x=0.71 mm,再由x=可得入射光的波長(zhǎng)。7ABxLd