高考物理一轮复习 12.3实验：测定玻璃的折射率课件.ppt

第3节实验 一 测定玻璃的折射率 二 用双缝干涉测光的波长 一 实验 测定玻璃的折射率 一 实验目的测定玻璃的折射率 二 实验器材木板 白纸 图钉 量角器 三角板 铅笔 三 实验原理折射率公式n 玻璃砖 大头针 1 把白纸用图钉钉在木板上 2 在白纸上画一条直线aa 作为界面 画一条线段ao作为 并过o点画出界面aa 的法线nn 3 把长方形的玻璃砖放在白纸上 使它的一条边跟aa 对齐 并画出玻璃砖的另一个长边bb 4 在ao线段上竖直地插上两枚大头针p1 p2 入射光线 四 实验步骤 5 在玻璃砖的bb 一侧竖直地插上大头针p3 用眼睛观察调整视线要使p3能同时挡住 6 同样地在玻璃砖的bb 一侧再竖直地插上大头针p4 使p4能挡住p3本身和p1 p2的像 p1和p2的像 7 记下p3 p4的位置 移去玻璃砖和大头针 过p3 p4引直线o b与bb 交于o 点 连接oo oo 就是玻璃砖内的折射光线的方向 入射角 1 折射角 2 8 用量角器量出入射角 1和折射角 2的度数 9 从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值 记入自己设计的表格里 10 用上面的方法分别作出入射角是30 45 60 时的折射角 查出入射角和折射角的正弦值 把这些数据也记在表格里 aon o on 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两个边aa 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 且玻璃砖每一侧的两枚大头针p1和p2间 p3和p4间的距离应 以减少确定光路方向时造成的误差 尽量大一些 五 注意事项 4 实验时入射角不宜 否则会使入射角和折射角的值偏小 增大测量误差 入射角也不宜 否则在bb 一侧要么看不到p1 p2的虚像 要么看到p1 p2的像模糊不清 并且变粗 不便于 5 由于要多次改变入射角的大小重复实验 所以入射光线与出射光线要一一对应编号 以免混乱 二 用双缝干涉测量光的波长 一 实验目的观察干涉图样 测定光的波长 过小 过大 插大头针p3 p4 双缝干涉仪 包括光具座 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 毛玻璃屏 测量头 刻度尺 三 实验原理双缝干涉中相邻两条明 暗 条纹间的距离 x与波长 双缝间距离d及双缝到屏的距离l满足 x 因此 只要测出 x d和l 即可求出波长 二 实验器材 1 观察双缝干涉图样 将光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 毛玻璃屏依次安放在光具座上 如图所示 四 实验步骤 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 安装双缝 使双缝与单缝的缝 二者间距 观察白光的干涉条纹 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 平行 5 10cm 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 转动手轮 使分划板中心刻线移动 记下移动的条纹数n和移动后手轮的读数a2 a1与a2之差即n条亮纹的间距 用刻度尺测量 d是已知的 重复测量 计算 求出波长的平均值 换用不同滤光片 重复实验测量其他单色光的波长 五 注意事项 1 安装器材时 注意调节光源 滤光片 单缝 双缝的中心均在遮光筒的 并使单缝 双缝 双缝到光屏间距离l 中心轴线上 平行且竖直 2 光源灯丝最好为线状灯丝 并与单缝平行且靠近 3 调节的基本依据是 照在屏上的光很弱 主要原因是灯丝与单缝 双缝 测量头 遮光筒不共轴所致 干涉条纹不清晰的主要原因是单缝与双缝不平行 4 光波波长很短 x l的测量对波长 的影响很大 l用毫米刻度尺测量 x利用测量头测量 可测多条亮纹间距再求 x 采用多次测量求 的平均值法 可减小误差 题型一 测定玻璃的折射率 例1用三棱镜做测定玻璃折射率的实验 先在白纸上放好三棱镜 在棱镜的一侧插入两枚大头针p1和p2 然后在棱镜的另一侧观察 调整视线使p1的像被p2挡住 接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针p3 p4 使p3挡住p1 p2的像 p4挡住p3和p1 p2的像 在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示 1 在本题的图上画出所需的光路 2 为了测出棱镜玻璃的折射率 需要测量的量是 在图上标出它们 3 计算折射率的公式是 答案 见解析 例2用双缝干涉测光的波长 实验中采用双缝干涉仪 它包括以下元件 a 白炽灯b 单缝c 光屏d 双缝e 遮光筒f 滤光片g 测量头和目镜 其中双缝和光屏连在遮光筒上 1 把以上元件安装在光具座上时 正确的排列顺序是 a a已写好 2 正确调节后 在屏上观察到红光的干涉条纹 用测量头测出10条红亮纹间的距离为a 改用绿色滤光片 其他条件不变 用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b 则一定有a b 填 大于 小于 或 等于 题型二 利用双缝干涉测定光的波长 3 在双缝干涉实验中 滤光片的作用是 单缝的作用是 双缝的作用是 4 将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上 如图甲 并选用缝间距d 0 2mm的双缝屏 从仪器注明的规格可知 像屏与双缝屏间的距离l 700mm 然后 接通电源使光源正常工作 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1次映入眼帘的干涉条纹如图乙 a 所示 图乙 a 中的数字是该同学给各暗纹的编号 此时图乙 b 中游标尺上的读数x1 1 16mm 接着再转动手轮 映入眼帘的干涉条纹如图丙 a 所示 此时图丙 b 中游标尺上的读数x2 5 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 答案 1 fbdecg 2 大于 3 获得单色光形成线光源形成相干光源 4 15 02mm 5 2 316 6 102 1 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 和 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 1 甲同学测得的折射率与真实值相比填 偏大 偏小 或 不变 2 乙同学测得的折射率与真实值相比 填 偏大 偏小 或 不变 3 丙同学测得的折射率与真实值相比 偏小 不变 可能偏大 可能偏小 可能不变 解析 用图 测定折射率时 玻璃中折射光线偏折大了 所以折射角增大 折射率减小 用图 测折射率时 只要操作正确 与玻璃砖形状无关 用图 测折射率时 无法确定折射光线偏折的大小 所以测得的折射率可大 可能偏小 可能不变 2 某同学在做测玻璃折射率的实验中 使用的是半圆形玻璃砖 p1 p2 p3 p4是按顺序插在软木板上的大头针 如图所示 下述关于实验操作中的做法 正确的是 a 若任意选取p1 p2连线的方向和入射点a的位置 都可以在圆弧右侧适当位置处插上第三个大头针 使其同时挡住p1 p2的像b 如果入射点a恰在玻璃砖圆心处 可不使用大头针p4c 可以用p1 p2连线作为入射光线 也可以用p4 p3连线作为入射光线d 为减小误差 p1 p2间距和p3 p4间距应适当大一些 bcd 3 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 要把它们放在图所示的光具座上组装成双缝干涉装置 用来测量红光的波长 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 e d b 2 本实验的步骤有 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 用刻度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 单缝和双缝间距5 10cm 使单缝与双缝相互平行 3 将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐 将该亮纹定为第1条亮纹 此时手轮上的示数如图甲所示 然后同方向转动测量头 使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐 记下此时图乙中手轮上的示数mm 求得相邻亮纹的间距 x为mm 4 已知双缝间距d 2 0 10 4m 测得双缝到屏的距离l为0 700m 由计算式 求得所测红光波长为nm 13 870 2 310 6 6 102 巩固基础 1 用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中 已画好玻璃砖界面aa 和bb 不慎将玻璃砖向上平移了一些 放在图所示的位置上 而实验中其他操作均正确 测得的折射率将 a 偏大b 偏小c 不变d 无法确定 c 解析 经过玻璃砖的光路如图中实线所示 由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线 如图中虚线所示 由几何知识可知 测出的折射角与正确值相同 2 某同学在做双缝干涉实验时 按要求安装好实验装置 在光屏上却观察不到干涉图样 这可能是因为 a 光源发出的光束太强b 单缝与双缝不平行c 没有安装滤光片d 光束的中央轴线与遮光筒的轴线不重合 相差较大 bd 解析 安装干涉仪要注意 光束的中央轴线与遮光筒的轴线重合 光源与光屏正面相对 滤光片 单缝 双缝要处在同一高度 中心位置在遮光筒轴线上 单缝与双缝要相互平行 光源发出的光束不能太暗 综上所述 应选b d 3 关于双缝干涉测光的波长实验 下列说法正确的是 a 滤光片放在单缝与双缝之间b 测量 x时 分划板刻线应竖直c 从第1条到第n条亮纹中央距离为a 则相邻亮条纹间距为 x d 换用不同滤光片后应调节单 双缝间距才能看到干涉条纹 ac 解析 滤光片可放在单缝和光源之间 也可放在单缝与双缝之间 a正确 测 x时 分划板刻线要与双缝平行 如果双缝是水平放置的 则分划板刻线也应在水平方向 换不同滤光片后 不要做任何调节 都能在光屏上看到不同颜色的干涉条纹 综上所述c正确 4 如图所示 在 用双缝干涉测光的波长 实验中 光具座上放置的光学元件依次为 光源 遮光筒 光屏 对于某种单色光 为增加相邻亮纹 暗纹 间的距离 可采取或的方法 滤光片 单缝 双缝 增大双缝到光屏的距离 减小双缝间距离 提升能力 5 某实验小组的同学们要利用下述器材测定光在透明的有机玻璃中的传播速度 矩形有机玻璃条 长约40cm 秒表 平行光光源 刻度尺 三角板 木板 白纸和大头针 已知真空中的光速是c 3 00 108m s 1 上述器材中不需要的两种器材是 秒表 刻度尺 2 如图所示是他们用插针法测得光通过有机玻璃条的光路图 在空气和有机玻璃的界面上 ao是入射光线 ob是折射光线 作出法线on 取oa ob 作a e垂直于on交on于e b f垂直于on交on于f 他们需要测量的物理量是 计算光速的公式是 有机玻璃的拆射率n 6 在用插针法测定玻璃的折射率的实验中 1 两个同学各设计一个数据记录表格 而且都已完成了计算 你认为对的是 甲设计的表格 甲 乙设计的表格 2 某同学由于没有量角器 他在完成了光路图以后 以o点为圆心 10 00cm长为半径画圆 分别交线段oa于a点 交oo 连线延长线于c点 过a点作法线nn 的垂线ab交nn 于b点 过c点作法线nn 的垂线cd交nn 于d点 如图所示 用刻度尺测得ob 8 00cm cd 4 00cm 由此可得出玻璃的折射率n 1 50 7 一块玻璃砖有两个相互平行的表面 其中一个表面是镀银的 光线不能通过此表面 现要测定此玻璃的折射率 给定的器材还有 白纸 铅笔 大头针4枚 p1 p2 p3 p4 带有刻度的直角三角板 量角器 实验时 先将玻璃砖放到白纸上 使上述两个相互平行的表面与纸面垂直 在纸面上画出直线aa 和bb aa 表示镀银的玻璃表面 bb 表示另一表面 如图所示 然后 在白纸上竖直插上两枚大头针p1 p2 位置如图 用p1 p2的连线表示入射光线 1 为了测量折射率 应如何正确使用大头针p3 p4 试在图中标出p3 p4的位置 2 然后移去玻璃砖与大头针 试在图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角 1与折射角 2 简要写出