物理人教一轮课件实验1415测定玻璃的折射率用双缝干涉测光的波长

1、实验14:测定玻璃的折射率实验15:用双缝干涉测光的波长,-2-,-3-,知识梳理,双击自测,实验(1)测定玻璃的折射率 一、实验目的 测定玻璃的折射率。 二、实验原理,如图所示,abcd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。,-4-,知识梳理,双击自测,三、实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔。 四、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.画出线段AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两根大头针。 4.在白纸上放上玻璃砖,使其中一个长

2、边与直线aa对齐,并画出玻璃砖的另一个边所在直线bb。,-5-,知识梳理,双击自测,5.通过玻璃砖观察并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡住,然后在观察的一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2的像。 6.移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定射出的光线OB及出射点O,连接O、O得线段OO。 7.用量角器测量入射角1和折射角2,并查出其正弦值sin 1和sin 2。 8.改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的 ,并取平均值。,-6-,知识梳理,双击自测,五、注意事项 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

3、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与P2间、P3与P4间的距离应大一点,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一侧将看不到P1、P2的像。,-7-,知识梳理,双击自测,实验(2)用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 1.观察单色光的双缝干涉图样。 2.测定单色光的波长。 二、实验原理 如图甲所示,电灯发出的光,经过滤光片后变成单色光,再经过单缝S时发生衍射,这时单缝S相当于一个单色光源,衍射光波同时到达双缝S1

4、和S2之后,再次发生衍射,S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,透过S1、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加,S1、S2到屏上P点的路程分别为r1、r2,两列光波传到P的路程差x=|r1-r2|,设光波波长为。,甲,-8-,知识梳理,双击自测,1.若x=n(n=0,1,2,),两列波传到P点,互相加强,P点出现明条纹。 2.若x=(2n+1) (n=0,1,2,),两列波传到P点,互相减弱,P点出现暗条纹。 这样就在屏上得到了平行于双缝S1、S2明暗相间的干涉条纹。相邻两条明(暗)条纹间的距离x与入射光波长、双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关,其关系式为x= ,因此,只

5、要测出x、d、l即可测出波长。,-9-,知识梳理,双击自测,两条相邻明(暗)条纹间的距离x用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成。如图乙所示。 转动手轮,分划板会左右移动。测量时,应使分划板中心刻线对齐明(暗)条纹的中心(如图丙所示),记下此时手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线对齐另一条明(暗)条纹中心时,记下手轮上的刻度数a2,两次读数之差就是这两条条纹间的距离,即x=|a1-a2|。,-10-,知识梳理,双击自测,三、实验器材 光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 四、实验步骤 1.观察双缝干涉图样 (1

6、)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图丁所示。,-11-,知识梳理,双击自测,(2)接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。 (3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。 (4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝平行,二者间距约510 cm。 (5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。,-12-,知识梳理,双击自测,2.测定单色光的波长 (1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。 (2)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,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另一亮条纹的中央,记下此时手轮

7、上的读数;将该条纹记为第n条亮纹,测出n个亮条纹间的距离a,则相邻两亮条纹间距 (3)用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的)。 (4)重复测量、计算,求出波长的平均值。,-13-,知识梳理,双击自测,五、注意事项 1.安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心,使之均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行。 2.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。 3.光波的波长很小,x、l的测量对计算波长的影响很大,l用毫米刻度尺测量,x利用测量头测量,可利用“累积法”测n条亮纹间距,再求出 ,并且采用多次测量求的平均值的方法来进一步减小误差。 4.分划板上的刻线应与干涉条纹亮(暗)纹平

8、行,否则会增大测量结果的误差。,-14-,考点一,考点二,考点一测定玻璃的折射率 例1 某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃砖的 折射率时,先在白纸上画一与圆形玻璃同 半径的圆,圆心为O,将圆形玻璃平放在白纸 上,使其边界与所画的圆重合,在玻璃一侧 插两枚大头针P1和P2,在另一侧再先后插两枚大头针P3、P4,使从另一侧观察时,大头针P4恰好挡住P3和P1、P2的像,移去圆形玻璃和大头针后,得到题图,根据图示可测出玻璃的折射率。 (1)结合题图写出此后的实验步骤; (2)根据图中的标注,写出计算玻璃折射率的公式。,-15-,考点一,考点二,-16-,考点一,考点二,思路引导 如何确定两次折射的法线

9、? 怎样确定折射光线? 如何求圆形玻璃砖的折射率?,提示:过P1、P2作直线交圆于A点,连接O、A,则OA所在的直线即为第一次折射的法线;过P3、P4作直线交圆于B点,连接O、B,则OB所在的直线即为第二次折射的法线。,提示:连接A、B,即为折射光线。,-17-,考点一,考点二,规律总结求折射率的四种方法 (1)计算法:用量角器测量入射角1和折射角2,算出不同入射角时的 ,并取平均值。 (2)图象法:改变不同的入射角1,测出不同的折射角2,作sin 1-sin 2的图象,由n= 可知图象应为直线,如图所示,其斜率就是玻璃的折射率。,-18-,考点一,考点二,-19-,考点一,考点二,-20-,

10、考点一,考点二,考点二用双缝干涉测光的波长 例2如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,光具座上放置的光学元件依次为光源、遮光筒、光屏。首先调节光源、元件的中心均位于遮光筒的中心轴线上,若经粗调后透过测量头上的目镜观察,看不到明暗相间的条纹,只看到一片亮区,造成这种情况的最可能的原因是;若调至屏上出现了干涉图样后,为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离,可采用或的方法。,甲,-21-,考点一,考点二,用测量头去测量,转动手轮,移动分划板,第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时,如图乙中(1)所示,游标卡尺的示数如图乙中(2)所示;第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时如图乙中(3)所示(此时视

11、野中条纹没有变化),游标卡尺的示数如图乙中(4)所示。已知双缝的间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则乙图(2)中游标卡尺的示数是 mm。乙图(4)中游标卡尺的示数为mm,实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是,所测光波的波长为 m(保留两位有效数字)。,乙,-22-,考点一,考点二,-23-,考点一,考点二,答案:滤光片单缝双缝单缝、双缝不平行增大光屏与双缝间的距离减小双缝间的距离11.416.7便于测量与减小测量误差6.610-7,-24-,考点一,考点二,思路引导 滤光片、单缝、双缝在实验中起什么作用? 条纹间距与哪些因素有关? 如何求出条纹间距?,提示:本实验中通过滤光片获得单色

12、光,单缝相当于一个单色光源,双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源。所以单缝、双缝起获得相干光的作用。,-25-,考点一,考点二,规律总结“用双缝干涉测光的波长”问题的解决方法 (1)明确双缝干涉条纹间距公式x= 中各物理量的意义,其中x是相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距,d是双缝之间的距离,l是双缝到屏的距离,为光在真空中的波长。 (2)熟记求解相邻两条亮条纹或暗条纹间的距离的公式 中各物理量的意义。 a1是使分划板的中心刻线对齐某条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,将该条纹记为第1条亮纹,a2是转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一条亮纹的中央时记下的手轮上的读数,并将该条纹记为第n条亮纹。

13、,-26-,考点一,考点二,-27-,1,2,3,4,5,1.(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图象,如图所示。下列判断正确的是() A.他做实验时,光线是由空气射入玻璃的 B.玻璃的折射率为0.67 C.玻璃的折射率为1.2 D.玻璃的临界角的正弦值为0.67,6,7,答案,解析,-28-,1,2,3,4,5,2.如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以() A.增大S1与S2的间距 B.减小双缝屏到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光,6,7,答案

14、,解析,-29-,1,2,3,4,5,3.如图为某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖折射率实验的记录情况,虚线为半径与玻璃砖相同的圆,在没有其他测量工具的情况下,只需由坐标纸即可测出玻璃砖的折射率。则玻璃砖所在位置为图中的(选填“上半圆”或“下半圆”),由此计算出玻璃砖的折射率为。,6,7,答案,解析,-30-,1,2,3,4,5,4.激光散斑测速是一种崭新的测速技术,它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝,待测物体的速度v与二次曝光时间间隔t的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔t、双缝到屏的距离L以及相邻两条纹间距x。如果所用激光波长为,

15、则该实验确定物体运动速度的表达式是(),6,7,答案,解析,-31-,1,2,3,4,5,5.“测定玻璃的折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时,要使它。如图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n=(计算结果保留两位有效数字)。,6,7,-32-,1,2,3,4,5,6,7,答案:挡住C及A、B的像1.8 解析:插入大头针D时要使大头针D挡住大头针C和大头针B、A的像。 连接A、B,延长交界面a于点O,连接C、D,延长交界面a于点O,过O点作垂线FG,连接O、O,以

16、O点为圆心、1.8 cm长为半径画圆,分别交AB、OO于E、Q两点,分别过E、Q向GF作垂线EG、FQ并用毫米刻度尺测其长度,如图所示,-33-,1,2,3,4,5,6,7,-34-,1,2,3,4,5,6,7,6.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。 (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。,-35-,1,2,3,4,5,6,7,(2)本实验的实验步骤: 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。,-36-,1,2,3,4,5,6,7,(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为 mm,求得相邻亮纹的间距x为 mm。 (4)已知双缝间距d为2.010-