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1、1物理选修 3-4 实验实验 1.测得玻璃的折射率【知识要点】 一、实验目的1测定玻璃的折射率2学会用插针法确定光路二、实验原理如图所示，当光线 AO1 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 AO1 对应的出射光线 O2B，从而求出折射光线 O1O2 和折射角2，再根据 n 或 n 算出玻璃的折射率sin1sin2 PNQN三、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、铅笔四、实验步骤1.如图所示，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3把长方
2、形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与 aa重合，再用直 尺画出玻璃砖的另一边 bb.4在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、P 2.5从玻璃砖 bb一侧透过玻璃砖观察大头针 P1、P 2 的像，调整视线的方向直到 P1 的像被 P2 的像挡住再在 bb一侧插上两枚大头针 P3、P 4，使 P3 能挡住 P1、P 2 的像，P 4 能挡住 P3 本身及 P1、P 2 的像6移去玻璃砖，在拔掉 P1、P 2、P 3、P 4 的同时分别记下它们的位置，过 P3、P 4 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改变入射角，重复
3、实验五、数据处理1计算法：用量角器测量入射角 1 和折射角 2，并查出其正弦值 sin1和 sin2.算出不同入射角时的 ，并取平均值sin1sin22作 sin1sin 2 图象：改变不同的入射角 1，测出不同的折射角 2，作sin1sin 2 图象，由 n 可知图象应为直线，sin1sin2如图实133 所示，其斜率为折射率 图实1333 “单位圆法”确定 sin1、sin 2，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 OO于 E点，过 E 作 NN的垂线EH，过 E作 NN的垂线 EH.如图实134 所示，sin 1 ，s
4、in 2 EHOE，OE OE R，则 n .只要用刻度尺测出 EH、EH的长度EHOE sin1sin2 EHEH 就可以求出n.4实验过程中，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 误差较大七、误差分析1入射光线、出射光线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八、实验改进本实验可用半圆形玻璃砖代替长方形玻璃砖，做法如下：2在平铺的白纸上垂直纸面插大头针 P1、P 2，确定入射光线，并让入射光线 过圆心 O，在玻璃砖另一侧垂直纸面 插大头
5、针 P3，使 P3 挡住 P1、P 2 的像，连接 OP3，作光 路图如图所示则折射率 n .sin1sin2ABOBCDOC ABCD【考点突破】问题 1.如图所示是上下两个面彼此平行的玻璃砖，两个面 之间的距离为 h。一束光线以入射角 i 从上表面的 O 点入射，从下表面 的 O点射出。（1）证明入射玻璃砖的光线和出射的光线平行（2）证明侧移量随入射角的增大而增大。（3）由图示可知能够确定入射角和折射角，因此可以测 定玻璃的折射率，怎样确定入射光线？怎样确定折射光线？（插针法）（4）实验过程中，角度的测量会带来误差，实验时入射 角度大一些好还是小一些好？（5）实验的过程中入射角和折射角不一
6、定是特殊角，计算角度的正弦 值有很大的难度。你怎样解决这个问题？（6）只使用一次测量数据会给实验结果带来很大的误差，某位同学多次测量入射角 和折射角 ，做出了如图所示的图像。图像中斜率表示什 么意思？(7)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（ ）AP 1P2 与 P3P4 两条直线平行 BP 1P2 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(8)在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：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
7、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_(选填 “偏大 ”、 “偏小”或“不变”)；乙同学在画界面时，不自觉地将两界面 aa、bb间 距画得比玻璃砖宽度些，如图所示，则他测得折射率 (填“偏大”、 “偏小”“不变”) . 变式 1.同学用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好圆柱形玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 P1 和 P2，然后在圆柱形玻璃砖另一侧观察，调整视线使 P1 的像被 P2 的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针 P3、P 4，使 P3 挡住 P1、P 2 的像，使 P4 挡住 P3 和 P1、P 2 的像，在纸上标出的大头针位
8、置和圆柱形玻璃砖的边界如图所示（1）在图上画出所需的光路（2）了测量出玻璃砖折射率，需要测量的物理量有 （要求在图上标出） （3）写出计算折射率的公式 n= .变式 2.一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（ 、 、 、 ） 、带有刻度的直角三角板、量角器.实验时，1P234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.在纸上画出直线 和 ， 表示镀银的玻璃表ab面， 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 、 （位置如图）.用 、 的连线表示b 1P21P
9、2P1P2P3P4aabbirAOBENN3入射光线.（1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针 、 ？试在题图3P4 中标出 、 的3P4位置.（2）然后，移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角 与折射角 .12简要写出作图步骤.（3）写出用 、 表示的折射率公式 .1n变式 3.徐老师用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针 P1、P 2 与圆心 O 在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边， 然后使玻璃砖绕圆心 O 缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察 P1、P 2 的像，且 P2 的像 挡住 P1
10、 的像。如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只需 测量出 ，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量量表示出折射率 。变式 4.学校开展研究性学习，某研究性学习小组的同学根据所学的光 学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示在一个圆形木盘上过其圆心 O 作 两条相互垂直的直径 BC、EF，在半径 OA 上垂直圆盘面插下两枚大头针 P1、P 2 并保持 P1、P 2 的位置不变，每次测量时，让圆盘的 BFC 部分竖直进入液体中，而且总使得液面与 直径 BC 相平，EF 为界面的法线，而后在图中右上方区域观察 P1、P 2 的像，并在圆周上 插上大头针 P3，使 P3
11、 正好挡住 P1、P 2同学们通过计算，预先在圆周 EC 部分刻好了折射 率的值。这样只要根据 P 所插的位置，就可直接读出液体折射率的值则（1）若 ， OP3 与 OC 的夹角为 ，则 P3 处所对应的折射率的值为_0AOF0（2）图中 P3、P 4 两位置哪一处所对应的折射率值大？_（3）作 AO 的延长线交圆周于 K，K 处所对应的折射率的值应为_变式 5.如图所示，置于空气中的一不透明容器内盛满某种透明液体容器底部靠近器壁处有一竖直放置的 6.0 cm长的线光源靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，用来观察线光源开始时通过望远镜不能看到线光源的任何
12、一部分将线光源沿容 器底向望远镜一侧平移至某处时，通过望远镜刚好可以看到线光源底端再将线光 源沿同一方向移动 8.0 cm，刚好可以看到其顶端求此液体的折射率 n.实验 2. 用双缝干涉测光的波长【知识要点】一、实验目的P1P2O 41了解光波产生稳定干涉现象的条件2观察双缝干涉图样3测定单色光的波长二、实验原理1光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹2.根据 x 可以计算出单色光的波长公式中 d 为双缝间距离，dl x 为相邻两条亮纹间的距离，l 为双缝
13、到屏之间的距离，实验中 d 一般是已知的，所以测出 l、x 即可求出光的波长 x 的测量可用测量头完成，如 图所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成通过测量头可清晰看到干涉条纹， 分划板上中心有刻线，以此作标准，并根据手轮的读数可求得 x.由于 x 较小， 可测出 n 条亮(或暗)条纹的间距 a，则相邻亮条纹间的距离 x .an 1三、实验器材双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成) ，另外还有学生电源、导线、刻度尺四、实验步骤1观察干涉条纹(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上(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
14、源发出的光能沿轴线到达光屏(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约 5 cm10 cm，这时，可观察白光的干涉条纹(5)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(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 a1，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，记下此时手轮上的读数 a2，将该条纹记为第 n 条亮纹(3)用刻度尺测量双缝到光屏的距离 l(d 是已知的) (4)重复测量五、数据处理1条纹间距 x| |. 2波长 x. 3计算多组
15、数据，求 的平均值a2 a1n 1 dl六、注意事项1双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，且注意保养2安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且间距适当(3)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心(4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清八、实验改进实验室里的双缝干涉仪比较精密，并且安装不方便，调节、测量时十分麻烦现用一种简单方法替换如下：用一支小孩激光笔，水平放置在桌面上，前面放置一双缝，则在正对的墙上就出现十分明显的双缝干涉条纹，测出相关的物理量，利用公式 x 即可求出 .优点：简单易操作缺点：精度偏低ld【考点突破】问题 2如图所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意 图(1)图中是光源，是光屏，它们之间的 依次是_、_和_(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离( )5甲
