2011届状元之路物理3-424.ppt
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1、2.4 实验:测定玻璃的折射率 用双缝干涉测光的波长,知 识 精 要,一测定玻璃的折射率 1.实验目的 (1)测定玻璃的折射率. (2)学会用插针法确定光路.,2.实验原理 如图2-4-1所示,当光线AO以一定的入射角1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线OB,从而求出折射光线OO的折射角2,再根据n= 算出玻璃的折射率.,3.实验器材 玻璃砖,白纸,木板,大头针,图钉,量角器(或圆规),三角板,铅笔. 4.实验步骤 (1)把白纸用图钉钉在木板上. (2)在白纸上画出一条直线aa作为界面,画一条线段AO作为入射光线,并过O点画出界面aa的法线NN(如图2-4-2所
2、示).,(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界面bb. (4)在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1P2. (5)在玻璃砖的bb一侧竖直地插上大头针P3,用眼睛观察并调整视线,使P3能同时挡住P1和P2的像. (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P1P2的像.,(7)记下P3P4的位置,移去玻璃砖和大头针,过P3P4引直线OB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=AON,折射角2=OON. (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,
3、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304560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.,(11)算出不同入射角时 的值,比较一下,看它们是否接近一个常数,求出几次实验中所测 的平均值,这就是玻璃的折射率.,5.注意事项 (1)实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间P3和P4之间P2与OP3与O之间距离要稍大一些. (2)入射角1不宜太大(接近90),也不宜太小(接近0).太大:反射光较强,出射光较弱;太小:入射角折射角测量的相对误差较大. (3)操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线. (4)实验过
4、程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变. (5)玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大.,6.实验误差分析 (1)入射光线出射光线位置的确定的准确性造成误差,故入射侧出射侧所插两枚大头针间距应大一些. (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. 二用双缝干涉测光的波长 1.实验目的 (1)明确实验器材的构成及其作用. (2)观察白光及单色光的双缝干涉图样. (3)测定单色光的波长.,2.实验原理 如图2-4-3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相当于一单色光源,衍射光波同时到达双缝S1和
5、S2之后,再次发生衍射,S1S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,透过S1S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加,S1S2到屏上P点的路程分别为r1r2,两列光波传到P的路程差x=|r1-r2|,设光波波长为.,(1)若x=n (n=0,1,2,),两列波传到P点同相,互相加强,出现明条纹. (2)若x=(2n+1) (n=0,1,2,),两列波传到P点反相,互相减弱,出现暗条纹. 这样就在屏上得到了平行于双缝S1S2的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S1S2间距离d及双缝与屏的距离l有关,其关系式为:x ,由此可知,只要测出xdl,即可测出波长.,两条
6、相邻明(暗)条纹间的距离x可用测量头测出.测量头由分划板目镜手轮等构成.如图2-4-4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条纹的中心(如图2-4-5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相邻的条纹中心时,记下手轮上的刻度a2,两次读数之差就是这两条条纹间的距离.即x=|a1-a2|.,x很小,直接测量时相对误差较大,通常测出n条明(暗)条纹间的距离a,再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离x= .,3.实验器材 双缝干涉仪,即:光具座光源滤光片单缝双缝遮光筒毛玻璃屏测量头,另外还有学生电源导线刻度尺. 4.实验步骤
7、(1)观察双缝干涉图样 把直径约10 cm长约1 m的遮光筒水平放在光具座上;筒的一端装有双缝,另一端装有毛玻璃屏(装置如图2-4-6所示).,取下双缝,打开光源,调节光源的高度,使光线能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮. 放好单缝和双缝,单缝和双缝间距离为510 cm,并使缝相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上. 通过测量头观察屏上出现的白光的干涉图样. 在单缝和光源之间放上滤光片,观察单色光的干涉图样.,(2)测定单色光的波长 用刻度尺测出屏到双缝的距离l. 转动手轮,分划板移动到使分划板中心刻线与亮条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数为亮纹1的位置. 转动手轮,使分划板中心刻线对准另一亮条纹的
8、中心,记下此时手轮上的读数,即为亮条纹n的位置,两次读数之差为这两条亮条纹间的距离a.,相邻亮纹间距x= ,代入= (其中d在双缝上已标出),即可求得光波波长. 换用不同的滤光片,重复实验测量其他单色光的波长.,5.注意事项 (1)放置单缝和双缝时,必须使缝平行,间距510 cm. (2)要保持光源滤光片单缝双缝和光屏的中心在同一条轴线上. (3)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心. (4)要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离,再求x. (5)调节的基本依据是:照在像屏上的光很弱,原因是灯丝与单缝双缝,测量头与遮光筒不共轴,干涉条纹不清晰,主要原因一般是单缝与双缝不平行.,6.实验误差
9、分析 光波波长很小,xl的测量对波长的影响很大,l用毫米刻度尺测量,x利用测量头上的游标卡尺测量;可测多条亮纹间距求x;采用多次测量求的平均值法减小误差.,双 基 精 练,1.如图所示,用插针法测定玻璃折射率的实验中,以下各说法中正确的是( ),A.P1P2及P3P4之间的距离适当大些,可以提高准确度 B.P1P2及P3P4之间的距离取得小些,可以提高准确度 C.入射角i适当大些,可以提高准确度 D.入射角太大,折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射,使实验无法进行 解析:由于光通过玻璃砖时,各相关角度互相制约着,其出射角恒等于入射角.而对于入射的界面,光线是从光疏介质射入光密介质,折射角必小于
10、入射角,当入射角趋于最大值90时,折射角也趋于最大值,根据光路可逆原理,出射角最大值也趋于90,即始终能透过玻璃砖看到入射光线,所以D错. 答案:AC,2.某同学做“测定玻璃的折射率”实验时,用他测得的多组入射角1与折射角2作出sin1-sin2的图象如图2-4-8所示,下列判断正确的是( ),A.他做实验时,研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象 B.玻璃的折射率为0.67 C.玻璃的折射率为1.5 D.玻璃临界角的正弦值为0.67 答案:ACD,解析:由sin1-sin2图象可知, ,而介质的折射率都比真空(或空气)的折射率n0=1大,故光是从空气射入玻璃的,入射角为1,A项正确.由折射率的
11、定义知n=1.5,C正确,B错误.由临界角定义知临界角的正弦值 ,D正确.,3.在双缝干涉实验中用红光和绿光进行实验( ) A.红光的条纹间距大 B.红光的条纹间距小 C.红光与绿光的条纹间距一样大 D.红光的条纹比绿光的亮 答案:A,4.某同学按实验装置安装好仪器后,观察光的干涉现象,获得成功,若他在此基础上对仪器的安装做如下改动,仍能使实验成功的是( ) A.将遮光筒内的光屏,向靠近双缝的方向移动少许,其他不动 B.将滤光片移至单缝和双缝之间,其他不动 C.将单缝向双缝移动少许,其他不动 D.将单缝与双缝的位置互换,其他不动,答案:ABC,解析:双缝发生干涉,而单缝发生衍射,故D错;由x=
12、 知,改变双缝到屏的距离l仍能得到清晰条纹,只不过条纹间距变化,故A正确;单缝与双缝之间距离对干涉无影响,故C正确;滤光片的作用是得到相干单色光,在单缝前还是在单双缝之间不影响干涉,故B正确.,疑 难 精 讲,疑难点.测定玻璃的折射率的实验中,除了测量入射角折射角利用n= 计算折射率外,还可怎样处理数据? 名师在线:1.作sin1-sin2图象:改变入射角1,测出相应的折射角2,作sin1-sin2图象,由n= 可知图象应为直线,如图2-4-9所示,其斜率为折射率.,2.“单位圆法”确定sin1sin2,计算折射率n. 以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线
13、OO于E点,过E作NN的垂线EH,过E作NN的垂线EH. 如图2-4-10所示,sin1= ,sin2= ,OE=OE=R,则n= .只要用刻度尺测出EHEH的长度就可以求出n.,易 错 点 拨,易错点一对实验原理认识不清导致出错 自我诊断1在“测定玻璃的折射率实验”中,所用玻璃砖的两表面aa和bb不平行,如图所示,所测得的折射率将( ),A.偏大B.偏小 C.不变D.无法确定,解析:本实验用插针法确定折射光路,与aabb是否平行无关,只要操作正确,就可以准确确定折射光线,从而由折射定律求出折射率n.当然,因aa和bb不平行,光线折出玻璃砖后与入射到界面aa的入射光线不再平行.如图所示,22,
14、11.,答案:C,易错点二对双缝干涉条纹的形成不了解导致出错 自我诊断2在利用双缝干涉测定光波波长时,首先调节光源滤光片单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上,并使单缝和双缝竖直并且互相平行,当屏上出现了干涉图样后,用测量头上的游标卡尺去测量,转动手轮,移动分划板使分划板中心刻线与某条明纹中心对齐时,如图2-4-13(a)所示,将此明纹记为1,然后再转动手轮,分划板中心刻线向右移动,依次经,过2,3等明纹,最终与明纹6中心对齐,分划板中心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分别如图2-4-13中(b)(c)所示(游标卡尺为10分度),则图(b)对应的读数为m,图(c)对应的读数为m.用刻度
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- 2011 状元 物理 424
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