物理第十五章 光學 實驗 測定玻璃的折射率 實驗 用雙縫干涉測光的波長

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1、第第4 4講實驗講實驗: :測測定玻璃定玻璃的折射率的折射率 實驗實驗: :用雙用雙縫干涉測光的波長縫干涉測光的波長知識梳理知識梳理一、測定玻璃的折射率一、測定玻璃的折射率1.實驗原理實驗原理如圖所示,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= 可以計算出玻璃的折射率。 12sinsin2.實驗步驟實驗步驟(1)用圖釘把白紙固定在木板上。(2)在白紙上畫一條直線aa,并取aa上的一點O為入射點,作過O的法線NN。(3)畫出直線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,使其中一個長邊與直線aa對齊,并畫出另一條長邊的對齊線bb。(5)

2、眼睛在另一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調(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)用量角器測量入射角1和折射角2。(8)改變?nèi)肷浣?重復(fù)實驗。記錄下每次入射時的 ,并取平均值。12sinsin1.實驗原理實驗原理相鄰兩條明條紋間距x與入射光波長,雙縫S1、S2間距d及雙縫與屏的距離L滿足關(guān)系式為: x= 。Ld二、用雙縫干涉測光的波長二、用雙縫干涉測光的波

3、長2.實驗裝置實驗裝置 3.實驗步驟實驗步驟(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,打開開關(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沿軸線到達光屏。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,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)測量頭,使分劃板中心刻線對齊第1條亮條紋的中心,記下手輪上的讀數(shù)a1,轉(zhuǎn)動手輪,使分劃板向一側(cè)移動,當分劃板中心刻線與第n條相鄰的亮條紋中心對齊時,記下手輪上的讀數(shù)a2,則相鄰兩條亮條紋間的

4、距離 x= 。d.換用不同的濾光片,測量其他色光的波長。 12|1aan1.(多選)如圖所示,用插針法測定玻璃折射率的實驗中,以下各說法中正確的是()A.P1、P2及P3、P4之間的距離適當大些,可以提高準確度B.P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些,可以提高準確度C.入射角1適當大些可以提高準確度D.入射角太大,折射光線會在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射,使實驗無法進行E.P1、P2的間距、入射角的大小均與實驗的準確度無關(guān)AC答案答案 AC同一側(cè)大頭針之間的距離適當大些,可以提高準確度;入射角適當大些,相應(yīng)的折射角也增大,折射現(xiàn)象較明顯,方便測量且誤差較小;A、C正確,B、E錯;由于光通過玻璃

5、磚時,各相關(guān)角度是互相制約的,其出射角恒等于入射角,而對于入射的界面,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,當入射角趨于最大值90,折射角也趨于最大值C,而對于出射的界面,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玻璃磚,D錯。2.利用雙縫干涉測光的波長實驗中,雙縫間距為d=0.4 mm,雙縫到光屏的距離為L=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位置時游標卡尺讀數(shù)也如圖中所給出,則:(1)分劃板在圖中A、B位置時游標卡尺讀數(shù)分別為xA=11.1 mm,xB=15.6mm,相鄰兩條紋間距x

6、=0.75mm;(2)波長的表達式=x (用x、L、d表示),該單色光的波長為=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個條紋間距,因此x=。由x=及=知頻率越高,波長越短,條紋間距離越小。6BAxxLdcf深化拓展深化拓展考點一考點一測定玻璃的折射率測定玻璃的折射率考點二考點二用雙縫干涉測光的波長用雙縫干涉測光的波長深化拓展深化拓展考點一測定玻璃的折射率考點一測定玻璃的折射率一、實驗操作和誤差分析一、實驗操作

7、和誤差分析1.用手拿玻璃磚時,手只能接觸玻璃磚的毛面或棱,不能觸摸光潔的光學面,嚴禁把玻璃磚當尺子畫玻璃磚的另一邊bb。2.實驗過程中,玻璃磚在紙上的位置不可移動。3.大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上,且玻璃磚兩側(cè)每兩枚大頭針P1和P2間、P3和P4間的距離應(yīng)適當大一點,以減小確定光路方向時造成的誤差。4.實驗時入射角不宜過小,否則會使測量誤差過大,也不宜過大,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,則測量誤差較大。 1-1 2015北京理綜,21(1)“測定玻璃的折射率”的實驗中,在白紙上放好玻璃磚,aa和bb分別是玻璃磚與空氣的兩個界面,如圖

8、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)透過玻璃磚觀察,并依次插上大頭針P3和P4。圖1 在插P3和P4時,應(yīng)使C(選填選項前的字母)。 A.P3只擋住P1的像B.P4只擋住P2的像C.P3同時擋住P1、P2的像答案答案 C P3應(yīng)同時擋住P1、P2的像,P4應(yīng)擋住P3本身和P1、P2的像,故選項C正確。1-2某同學在測定一厚度均勻的圓柱形玻璃的折射率時,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)適當位置豎直插兩枚大頭針P1和P2,在另一側(cè)適當位置先后插兩枚大頭針P3和P4,先使P3能夠擋住

9、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圖中已畫出過P1、P2的入射光線,請在圖中補畫出完整的光路圖,并標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式為 n=。二、數(shù)據(jù)處理方法二、數(shù)據(jù)處理方法1.計算法計算法:計算每次折射率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,某同學利用方格坐標紙測

10、定半圓形玻璃磚的折射率,OA是畫在紙上的直線,他在直線OA適當位置先后豎直插上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)當是 。(2)若該同學實驗操作規(guī)范準確,其記錄的情況如圖所示。該同學還用圓規(guī)做了一個以O(shè)為圓心,半徑與玻璃磚相同的半圓(如圖中虛線所示)。請您幫這位同學算出玻璃磚的折射率,寫出必要的計算過程。答案答案(1)見解析(2)1.5解析解析(1)他確定P3大頭針位置的方法應(yīng)當是:透過玻璃磚看,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

11、(多選)某同學做測定玻璃折射率實驗時,用他測得的多組入射角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.他做實驗時,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考點二用雙縫干涉測光的波長考點二用雙縫干涉測光的波長1.實驗操作應(yīng)注意

12、的事項實驗操作應(yīng)注意的事項(1)保證燈絲、單縫、雙縫、測量頭與遮光筒共軸。(2)保持單縫和雙縫平行。甲乙2.測量頭的構(gòu)造及使用測量頭的構(gòu)造及使用如圖甲所示,測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成,轉(zhuǎn)動手輪,分劃板會向左右移動,測量時,應(yīng)使分劃板中心刻度對齊條紋的中心,如圖乙所示,記下此時手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差就表示這兩條條紋間的距離。實際測量時,要測出n條明紋(暗紋)的寬度,設(shè)為a,那么x=。 1an2-1在用雙縫干涉法測光的波長的實驗中,請按照題目要求回答下列問題。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。將下表中的光學元件放在圖丙所示的光具座上組裝成用雙縫干涉測光的波長的實驗裝

13、置,并用此裝置測量紅光的波長。 元件代號ABCDE元件名稱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,依次放置其他光學元件,由左至右,表格中光學元件的排列順序應(yīng)為EDBA。(填寫元件代號)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位置時游標卡尺如圖戊所示,則其示數(shù)為110.65mm;在B位置時游標卡尺如圖己所示。由以上所測數(shù)據(jù)可以得出形成此干涉圖樣的單色光的波長為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個條紋寬度,故x=0.71 mm,再由x=可得入射光的波長。7ABxLd