高中物理选修 选修3-4 第十一章 实验十三　测定玻璃的折射率.ppt

一、实验目的 测定玻璃的折射率 二、实验原理 用插针法确定入射角和折射角，根据n 计算玻璃的折射率 三、实验器材 两面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针、量角器、刻度尺、铅笔、图钉,四、实验操作 1实验步骤 (1)如图实131所示，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.,图实131,(5)通过玻璃砖观察并调整视线方向，使p1的像被p2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即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，并查出其正弦值sin1 和sin2. (8)改变入射角，重复实验记录下每次的入射角1和折射 角2.,2数据处理 (1)计算法：用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其 正弦值sin1和sin2.算出不同入射角时的 ，并取平 均值 (2)作sin1sin2图象：改变不同的入射角1，测出不同的 折射角2，作sin1sin2图象，由n 可知图象应为直线，如图 实 132所示，其斜率 为折射率,图实 132,(3)“单位圆”法确定sin1、sin2，计算折射率n. 以入射点o为圆心，以一定的长度r为半径画圆，交入射光 线oa于e点，交折射光线oo于e点，过e作nn的垂 线eh，过e作nn的垂线eh.如图实133所示， oeoe r，则 只要用 刻度尺量出 eh、eh的长度就 可以求出n.,图实 133,五、注意事项 1玻璃砖宜选宽度大些的，实验中玻璃砖的位置不要移 动用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃砖的毛面或棱，严禁 用玻璃砖当尺子画界面 2大头针应竖直插入，两大头针间距离宜大些 3所选入射角不应过大，否则在另一侧看不清p1、p2的像； 也不应过小，否则测量误差较大 4用半圆形玻璃砖、三棱镜也能完成此项实验 5由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射 光线要一一对应,六、误差分析 1入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、 出射侧所插两枚大头针的间距应大一些 2入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些， 以减小测量的相对误差,(1)在用插针法测定玻璃的折射率的实验中，某同学的操作步骤如下： a用图钉将记录光路的白纸固定在平板上； b手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上； c用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa和bb； d在aa上选择一点o作为不同入射角的入射光线的共同入射点，画出入射角i分别为0、30、45的入射光线；,e用“插针法”分别得到各条入射光线对应的出射光线，观察时着重看大头针针帽是否在一条直线上，取下玻璃砖、大头针，连接各针孔，发现所画折射光线中有两条相交，量出各个折射角r； f按公式分别计算 取三个值的算术平均值,以上步骤中有错误或不妥之处的是_； 应改正为_ _. (2)在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa、bb与玻璃砖位置的关系分别如图实 134甲、乙和丙所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖他们的其他操作均正确，且均以aa、bb为界面画光路图则：,图实 134,甲同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏 大”、“偏小”或“不变”)； 乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏 大”、“偏小”或“不变”)； 丙同学测得的折射率与真实值相比_,解析 (1)有错误或不妥之处的是cde.c中应先画出一条直线，把玻璃砖的一边与其重合，再使直尺与玻璃砖的界面对齐，移开玻璃砖后再画边界线；d中入射角要取0以外的三组数据；e中大头针要竖直插牢，观察时看针脚是否在同一条直线上,(2)如图实135所示，甲同学利用插针法确定入射光线和折射光线后，测得的入射角不受影响， 但测得的折射角比真实值偏大，因此 测得的折射率偏小 乙同学虽用的是梯形玻璃砖，但 所画边界线与玻璃砖重合，测得的折射率与玻璃砖的形状无关，因此所测得的折射率与真实值相比不变,图实135,如图实136所示，丙同学用插针法确定的光线的出射点若恰在a点，则测得的折射率不变若在ba之间则偏小，若在ba之间则偏大,答案 (1)cde 见解析 (2)偏小 不变 可能偏小、可能偏大、可能不变,图实136,学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识设计了一个测量液体折射率的仪器，如图实137所示在一圆盘上，过其圆心o作两条互相垂直的直径bc、ef，在半径oa上，垂 直盘面插下两枚大头针p1、p2， 并保持p1、p2位置不变，每次 测量时让圆盘的下半部分竖直,图实137,进入液体中，而且总使得液面与直径bc相平，ef作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察p1、p2的像，并在圆周上插上大头针p3，使p3正好挡住p1、p2的像，同学们通过计算，预先在圆周ec部分刻好了折射率的值，这样只要根据p3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值回答下列问题：,(1)若aof30，op3与oc的夹角为30，则p3处所对应的折射率的值为_ (2)图中p3、p4两位置_处所对应的折射率大 (3)作ao的延长线交圆周于k，k处所对应的折射率值应为_,解析 (1)根据折射定律n 题中160，2aof30，所以n 1.73. (2)图中p4对应的入射角大于p3所对应的入射角，所以p4对应的折射率大 (3)因a、o、k在一条直线上，入射角等于折射角，所以k处对应的折射率应为1.,答案 (1)1.73 (2)p4 (3)1,一、实验目的 观察白光、单色光的干涉图样，测定单色光的波长 二、实验原理 双缝干涉条纹间距公式x 三、实验器材 双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、 遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻 度尺,四、实验操作 1实验步骤 (1)观察双缝干涉图样 将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图 实141所示,图实141,接好光源，打开开关，使灯丝正常发光 调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏 安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行，二者间距为几个厘米，这时，可观察到白光的干涉条纹 在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹,(2)测定单色光的波长 安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹 使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的 读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中 心刻线移动至第n条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读 数a2. 用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的) 重复测量、计算，求出波长的平均值 换用不同的滤光片，重复实验,2数据处理 (1)条纹间距的计算：x (2)波长计算： (3)计算多组数据，求的平均值,五、注意事项 1双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且注意 保养 2安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均 在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当 3光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近 4照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测 量头与遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰的一般原因是单 缝与双缝不平行所致，故应正确调节,六、误差分析 1双缝到屏的距离l的测量存在误差 2测条纹间距x带来的误差： (1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度 (2)误认为x为亮(暗)条纹的宽度 (3)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于 条纹中心 (4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条 纹数未数清,(2009北京高考)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图实142)，并选用缝间距d0.20 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l700 mm.然后，接通电源使光源正常工作,图实142,图实143,图实144,(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图实143(a)所示，图实143(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图实143(b)中游标尺上的读数x11.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图实144(a)所示 ，此时图实144(b)中游标尺上的读数x2_mm； (2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x_mm；这种色光的波长_nm.,解析 (1)主尺读数为15 mm，游标尺读数为10.02 mm0.02 mm，二者相加即可 (2)由于图中数字标记的是暗条纹，首先应根据暗条纹所标数字给亮条纹也标明条数，若图实143中图(a)所示的中央刻线所对亮条纹记为第1条，则图实144中图(a)所示的中央刻线所对亮条纹为n7，则x 2.31 mm，光的波长 6.6102 nm.,答案 (1)15.02 (2)2.31 6.6102,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，要把它们放在如图实145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,图实145,(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c、_、_、_、a.,(2)本实验的实验步骤如下： 取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； 按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； 用米尺测量双缝到屏的距离； 用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的 距离 在操作步骤时还应注意_和_,(3)若测得双缝间距为3.0 mm，双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm)观察到第1条亮纹的位置如图实146(a)所示，观察第5条亮纹的位置如图实146(b)所示则可求出红光的波长 _ m (保留一位有效数字),图实146,解