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1、第 4 课时实验：1.用双缝干涉测量光的波长 2.测定玻璃的折射率基础知识归纳一、用双缝干涉测量光的波长1.实验目的(1)了解光波产生稳定的干涉现象的条件；(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样；(3)测单色光的波长.2.实验原理(1)如果双缝光源的相位相同，双缝到屏上任意一点P的路程差xn时，P点加强，出现亮条纹；时，P点减弱，出现暗条纹.所以如果用单色光，光屏上将出现明暗相间的条纹，如果用白光，光屏上将出现彩色条纹.(2)光通过双缝干涉仪上的单缝和双缝后，得到振动情况完全相同的光，它们在双缝后面空间互相叠加，发生干涉现象.(3)由公式可以计算出光波的波长，其中双缝间距d是已知的，双缝到屏的距
2、离L可以用米尺测出，条纹间距x可以用测量头测出.3.实验器材光具座、单缝片、双缝片、滤光片(红、绿色滤光片各一片)、遮光筒、光源、测量头(目镜、游标尺、分划板、滑块、手轮)、米尺.4.实验装置如图所示：5.实验步骤(1)按照上图所示的装置安装好仪器，调整光源的位置，使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏.(2)放置单缝和双缝，使缝相互平行，调整各部件的间距，观察白光的双缝干涉图样.(3)在光源和单缝间放置滤光片，使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样.(4)用米尺测出双缝到屏的距离L，用测量头测出相邻的n条亮(暗)纹间的距离a；并利用公式计算出x.(5)利用表达式，求单色光的波长.(
3、6)换用不同颜色的滤光片重复(3)(4)(5)步骤，观察干涉图样的异同，并求出相应的波长.6.注意事项(1)单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝的距离应相等；(2)测双缝到屏的距离L可以用米尺多次测量取平均值；(3)测条纹间距x时，用测量头测出相邻n条亮(暗)纹之间的距离a，再求出相邻的两条亮(暗)纹之间的距离.7.误差分析(1)误差来源本实验误差的主要米尺和测量头出现的读数误差对实验结果的影响很大；单缝、双缝没有严格相互平行，其中心没有位于遮光筒的轴线上；单缝到双缝的距离没有严格相等.(2)减小误差的方法米尺测量单缝到双缝的距离时多次测量取平均值，测量n条亮纹间距时
4、多测几条亮纹之间的间距和，多次测量取平均值；尽量把单缝、双缝调平行，调节单缝到双缝的距离相等，其中心大致位于遮光筒的中心.二、测定玻璃的折射率1.实验目的测定玻璃的折射率.2.实验原理如图所示，当光线AO以一定的入射角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 和折射角，再根据n算出玻璃的折射率.3.实验器材一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针，量角器(或圆规、三角板)，刻度尺.4.实验装置如上图所示.5.实验步骤 (1)把白纸铺在木板上.(2)在白纸上画一直线aa作为界面，过aa上的一点O画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射光线.
5、(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa重合，再用直尺画出玻璃的另一边bb.(4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.(5)从玻璃砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P1的像被P2的像挡住.再在bb一侧插上大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及P3.(6)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线OB交bb于O；连接O、O，OO就是玻璃砖内折射光线的方向；AON为入射角，OON为折射角.(7)用量角器量出入射角和折射角的度数，查出它们的正弦值，并把这些数据记录下来.(8)用上述
6、方法分别求出入射角是15、30、45、60和75时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记录下来.(9)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.求出几次实验测得的的平均值，这就是这块玻璃的折射率.6.注意事项(1)轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面.严禁把玻璃砖当直尺用.(2)实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动.(3)插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光路方向时出现的误差.(4)实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近90)，否则会不易观察到P1、P2的像.(5)本实验中如果采用的不是两面
7、平行玻璃砖，如采用三棱镜，半圆形玻璃砖等，只是出射光和入射光不平行，但一样能测出折射率.7.误差分析(1)误差本实验误差的主要来源是测量光在玻璃中的折射角的误差；(2)减小误差的方法选用宽度ab较大的玻璃砖，宜在5 cm以上；入射角应在1575范围内取值；在纸上画aa、bb两条线时，应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合，这样，两交点O、O才能与光线的实际入射点较好地相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况严重偏离.重点难点突破一、测定玻璃的折射率1.插针法：测量玻璃的折射率时的两种计算折射率的方法.此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n中求
8、玻璃的折射率.除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：(1)在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO(或OO的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN作垂线，交NN于C、D，用直尺量出CC和DD的长.如图所示，由于sin ，sin ，而CODO，所以折射率n.重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值，即为玻璃砖折射率的测量值.(2)根据n有sin sin .在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sin 值为横坐标、sin 值为纵坐标，建立直角坐标系.如图所示，描数据点，过数据点连线得到一条过原点的直线，求解
9、图线的斜率，设斜率为k，则k，故玻璃砖折射率n.2.除了插针法测玻璃砖的折射率，还可以利用光的反射与折射相结合等方法来判定玻璃砖的折射率，基本原理和处理方法是一致的，即正确作出光路图，找到入射角1与折射角2，则n.二、对用双缝干涉测量光波的波长的原理的理解x，将两次手轮的读数相减，求出n条亮纹间的距离a.注意：x，而不是，n条亮纹间隔数为(n1).典例精析1.用双缝干涉装置测可见光波长的基本操作步骤及数据处理【例1】现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示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
10、光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为：.(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；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头测量数条亮条纹间的距离.在操作步骤时还应注意和.(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d2.0104m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由
11、计算式，求得所测红光波长为nm.【解析】(1)滤光片E是从白光选出单色红光，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，所以排列顺序为：C、E、D、B、A.(2)在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距大约为510 cm.(3)测量头的读数：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度.题图甲读数为2.320 mm，题图乙读数为13.870 mm，所以相邻条纹间距：x mm2.310 mm(4)由条纹间距公式x得：，代入数值得6.6107 m660 nm【答案】(1)C、E、D、B、A(2)放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距
12、离大约510 cm(3)13.870；2.310 (4) ；660【思维提升】理解实验的原理能更容易解此题.【拓展1】用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d0.1 mm，双缝到屏的距离L6.0 m，测得屏上干涉条纹中相邻亮条纹的间距是3.8 cm，则氦氖激光器发出的红光的波长是多少？假如把整个装置放入折射率是的水中，这时屏上的条纹间距是多少？【解析】由x，可以得出红光的波长xm6.3107 m激光器发出的红光的波长是6.3107 m.如果将整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长设为，由光的特点可知：光在传播过程中，介质发生变化，波长和波速会发生改变，但频率不变.由此可知，
13、而n由 m4.7107 m这时屏上条纹的间距是x m2.8102 m2.插针法测玻璃砖的折射率【例2】某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤正确无误.但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa与bb不平行，如图所示，则()A.P1P2与P3P4两条直线平行B.P1P2与P3P4两条直线不平行C.他测出的折射率偏大D.他测出的折射率不受影响【解析】如图所示，在aa面光线进入玻璃砖中，由折射定律有n，在光线由bb射出玻璃砖的现象中，同理n，若aa与bb平行，则i，因此，此时入射光线AO与出射光线OB平行.若aa与bb不平行，则i，因此.此时入射光线AO与出射光线OB不平行.故选
14、项B正确.在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值应不受aa与bb是否平行的影响.【答案】BD【思维提升】(1)入射光线与出射光线是否平行，取决于玻璃砖两界面aa与bb是否平行.(2)利用插针法确定光的入射点和出射点，从而确定入射光线和折射光线.此方法可适合于平行玻璃砖、棱镜、圆柱形玻璃体等.【拓展2】在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa和bb后，不自觉地碰了玻璃砖使它向aa方向平移了少许，如图所示，则他测出的折射率值将不变(填“偏大”、“偏小”或“不变”)；(2)乙同学在画界面时，不自觉地将两界面aa、bb间距画得比玻璃砖宽些，如图所示，则他测得折射率偏小(填“偏大”、“偏小”或“不变”). 【解析】(1)如图1所示，甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角、折射角没有受到影响，因此测得的折射率将不变.(2)如图2所示，乙同学利用插针法确定入射光线、折射线后，测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小.3.利用反射与折射相结合测玻璃砖的折射率【例3】某同学用如下方法测定玻璃的折射率：先将平行玻璃砖固定在水平桌面
