【名师面对面】2016高考物理大一轮复习第6讲实验二测定玻璃的折射率课件(选修3-4)

选修3－4选考部分第6讲实验(二)：测定玻璃的折射率实验(三)：用双缝干涉测光的波长一、实验(二)：测定玻璃的折射率1．实验原理如图12－6－1所示，用插针法找出入射光线AO对应的出射光线O′B，确定O′点，画出折射光线OO′，然后用量角器测量角θ1、θ2，根据n＝sinθ1sinθ2或n＝|PN||QN′|计算出玻璃的折射率．图12－6－12．实验器材白纸，图钉(四枚)，大头针(四枚)，直尺(或三角板)，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖．3．实验步骤(1)铺纸：如图12－6－1所示，用四枚图钉将白纸钉在绘图板上．(2)画线：在白纸上画一条直线aa′作为界面．过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，过O点画一条射线AO作入射光线；把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一条边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′.(3)插针：在射线AO上插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像调整视线方向，直到P2挡住P1的像．再在观察的这一侧即光线的出射面bb′一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置．(4)连线：移去玻璃砖和大头针，连接P3、P4并延长交bb′于O′，射线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向；连接OO′，线段OO′就代表了沿AO方向入射的光线在玻璃砖中的传播方向，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′.用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值．(5)测量：用上述方法分别测出入射角为30°、45°、60°时的折射角，查出正弦值．(6)计算：算出不同入射角时的比值sinθ1sinθ2，再求出几次实验中所测sinθ1sinθ2的平均值，即为玻璃砖折射率的测量值．4．注意事项(1)玻璃砖应选用宽度较大的，以减小测量误差．(2)实验时，应将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2和O之间、P3和O′之间距离要稍大一些．(3)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)．入射角太大，反射光较强，折射光较弱；入射角太小，入射角、折射角测量的相对误差较大．(4)操作时，手不能触摸玻璃砖的光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线．(5)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变．5．实验误差分析(1)确定入射光线、出射光线时的误差．故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点．(2)测量入射角与折射角时的误差．【跟踪训练】1．(单选)一束细光束由真空沿着直径方向射入一块半圆柱形透明体在测定玻璃的折射率实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sinθ1－sinθ2图象如图12－6－2.则下列说法正确的是()图12－6－2A．实验时，光线是由空气射入玻璃B．玻璃的折射率为0.67C．玻璃的折射率为1.8D．玻璃临界角的正弦值为0.67【答案】D【解析】由题图可看出入射角θ1小于折射角θ2，故光线是由玻璃射入空气；则玻璃折射率n＝sinθ2sinθ1＝0.45－00.30－0＝1.5，故sinC＝1n＝11.5＝0.67，故D正确．二、实验(三)：用双缝干涉测光的波长1．实验目的(1)了解光产生干涉现象的方法，观察光的干涉图样；(2)测定单色光的波长．2．实验原理两个相邻亮(暗)条纹间的距离Δx与波长λ、双缝间距离d及双缝到屏的距离l满足Δx＝ldλ.只要测出Δx、d和l，即可求出波长λ.3．实验器材双缝干涉仪(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．4．实验步骤(1)安装双缝干涉仪①先将光源、遮光筒依次放于光具座上，如图12－6－3所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮．图12－6－3②将单缝和双缝安装在光具座上，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如图12－6－4所示．图12－6－4a．光源、单缝、双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上．b．双缝与单缝平行．c．调整分划板位置使分划板中心刻线位于光屏中央．(2)观察双缝干涉图样①调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5cm～10cm，接通电源，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，在屏上就会看到白光的双缝干涉图样．②将红色(或绿色)滤光片放在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉图样．③改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化．5．误差分析(1)测量多条亮条纹间距离时读数不准确或没有使分划板中心刻线与亮条纹中央对齐；(2)用刻度尺测量双缝到光屏间距离l时产生误差．【跟踪训练】2．(单选)(2014年江苏卷)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图12－6－5甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如12－6－5乙图所示．他改变的实验条件可能是()图12－6－5A．减小光源到单缝的距离B．减小双缝之间的距离C．减小双缝到光屏之间的距离D．换用频率更高的单色光源【答案】B【解析】由条纹间距Δx＝Ldλ可知减小光源到单缝间距离，对条纹间距没有影响，A项错误，减小双缝间距d，可以增大条纹间距，B项正确；减小双缝到屏的距离L，条纹间距会减小，C项错误；换用更高频率的光，波长会减小，条纹间距减小，D项错误．测定玻璃的折射率(2012年浙江卷)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图12－6－6所示．图12－6－6(1)在图12－6－7中画出完整的光路图；(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)；图12－6－7(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图12－6－8所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和______(填“A”或“B”)．图12－6－8解析(1)完整的光路图如图12－6－9所示．图12－6－9(2)用量角器测出入射角θ1与折射角θ2，根据折射率n＝sinθ1sinθ2得出结果．经测量计算得n＝1.53.(3)由题图可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.答案(1)见解析图(2)1.53(1.48～1.54)(3)A一题一得数据处理的方法图12－6－10(1)计算法：计算每次的折射率n，然后求平均值．(2)图象法，作sinθ1－sinθ2图象，由n＝sinθ1sinθ2可知图象为直线，如图12－6－10所示，其斜率即为折射率．(2012年江苏卷)“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12－6－11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2位有效数字)图12－6－11【答案】挡住C及A、B的像1.8(1.6～1.9)【解析】大头针A、B确定的是入射光线的方位，大头针C、D确定的是与之对应的出射光线的方位．故达到目的时四个针位于同一光路上，D能挡住C及A、B的像．连接AB、CD并延长分别与a、a′相交于E、F两点，再连接EF即可得到与入射光线AB对应的折射光线，过E点作a的垂线，则AB、EF与垂线间的夹角即为入射角及对应的折射角．用量角器测出入射角i及折射角r，查正弦表，由n＝sinisinr可得折射率n＝1.8.用双缝干涉测光的波长时的注意点：(1)要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上；(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行；(3)测量头分划板中心刻线要与条纹的中心对齐；用双缝干涉测光的波长(4)先测出n条亮(暗)纹间的距离a，则相邻的两条亮(暗)纹间的距离Δx＝an－1；(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白光在中央，红色在最外边；(6)原理式为Δx＝ldλ.(2015年杭州模拟)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12－6－12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12－6－12(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)本实验的步骤有：①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；②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；③用米尺测量双缝到屏的距离；④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②时还应注意____________________．(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12－6－13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12－6－13乙中手轮上的示数______mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________mm.图12－6－13(4)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ＝______，求得所测红光波长为______nm.解析(1)滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上，所以排列顺序为C、E、D、B、A.(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行，单缝、双缝间距离大约为5～10cm；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上．(3)螺旋测微器的读数应该先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图乙读数为13.870mm，图甲读数为2.320mm，所以相邻条纹间距Δx＝13.870－2.3205mm＝2.310mm.(4)由条纹间距离公式Δx＝ldλ得：λ＝dΔxl，代入数值得：λ＝6.6×10－7m＝6.6×102nm.答案(1)EDB(2)单缝与双缝必须平行，其间距为5～10cm；(3)13.8702.310(4)dΔxl6.6×102如图12－6－14为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用长更________(填“长”或“短”)的单色光，或是使双缝与光屏间的距离________(填“增大”或“减小”)．图12－6－14【答案】长减小