《河北省2011年高考物理一轮总复习 光学 第70讲 实验：测定玻璃的折射率 课件 旧人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河北省2011年高考物理一轮总复习 光学 第70讲 实验：测定玻璃的折射率 课件 旧人教版（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第70讲 实验：测定玻璃的折射率 用双缝干涉测光的波长 自主夯实基础 自主预习 轻松过关名师点金本讲内容是两个光学的实验，在复习时首先要重视实验原理，对其深刻理解和熟练掌握.实验方法和步骤、仪器的选择、数据的处理等一切与实验有关的问题都是从实验原理中派生出来的，只要抓住实验原理，许多问题就会迎刃而解；,其次，加强实验的操作训练，动手操作是实验的主体，没有操作过程就没有实验；第三，学会分析误差的来源，知道如何减小误差.知识梳理（一）测定玻璃的折射率一、实验目的1.测定玻璃的折射率.2.理解用插针法确定光路的原理.二、实验原理如图70-1所示，确定通过玻璃的折射光线，是通过插针法找出跟入射光线AO
2、对应的出射光线OB,就能求出折射光线,OO和折射角2，再根据折射定律就可计 算出玻璃的折射率.其中，注意：插针法测定介质的折射率， 也适用于测定截面为圆形、半圆形、梯 形、三角形等形状的介质的折射率.三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头钉、图钉、三角板（或刻度尺）、量角器、铅笔.四、实验步骤1.如图70-1所示，将白纸用图钉按在木板上，先在白纸上画出一条直线aa作为界面.过aa上的一点O画出界面的法,图70-1,线NN，并画一条线段AO作为入射光线.2.把长方形玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb.3.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大
3、头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住.再在观察的这一侧插两枚大头针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.移去大头针和玻璃砖.过P3、P4引直线OB,与bb交于O，直线OB就代表了沿AO方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向.连接OO，入射角1=AON,折射角2=OON.5.用量角器量出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中.,6.用上述方法求出入射角分别是15、30、45、60、75时的折射角，并查出它们的正弦值，填入表格中.7.根据 求出每次测得的n值，然后再求出它们的算术平均值，填入表格中.,五、注意事
4、项1.选择较厚的玻璃砖.2.大头针P1与P2的间距，P3与P4的间距应较大些.3.入射角不能太大，也不能太小，应在1575之间.4.玻璃砖的折射面要画准.5.大头针要插得竖直.（二）用双缝干涉测光的波长一、实验目的1.了解产生稳定干涉现象的条件.2.观察白光及单色光的双缝干涉图样.3.测定光的波长.二、实验原理,1.光源发出的光经滤光片后成为单色光.单色光通过单缝后，相当于线光源，经双缝在屏上产生稳定的干涉图样.2.根据公式 可计算波长，其中d是双缝间的距离，l是双缝到屏的距离，可以用米尺测出；x是相邻两条亮（暗）纹间的距离，用测量头测出（如图70-2所示）.图70-23.测量头由分划板、目镜
5、、手轮等构成.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70-3所示），记下此时手轮上的读 数，再转动手轮，使分划板中心刻线对齐 另一条纹的中心，记下此时手轮上的读数. 两次读数之差就表示这两条条纹间的距 离.测量头读数方法与螺旋测微器相同. 图70-3三、实验器材双缝干涉仪（如图70-4所示）、有毫米刻度尺的米尺、测量头.图70-4,四、实验步骤1.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.2.取下双缝，打开光源，调节光源的高度，使它发出的光线能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.3.放好单缝和双缝，单缝和双缝间的
6、距离约为5 cm10 cm,使单缝和双缝相互平行，且它们的中心大致位于遮光筒的中心轴线上.这时在屏上观察白光的双缝干涉图样.4.在单缝和光源间放上滤光片就可见到单色片的双缝干涉图样，分别改变滤光片和双缝，观察干涉图样的变化.5.用测量头测出n条亮（暗）纹间的距离a,就可以求出相邻两条亮（暗）纹间的距离,6.用米尺测出双缝到屏的距离l.7.已知双缝间距d,由 计算单色光的波长.8.换用不同颜色的滤光片，观察干涉条纹间的距离有什么变化，并求出相应的波长.五、实验注意事项与误差分析1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件.2.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双
7、缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行.3.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近.4.为了减小测量相邻两亮条纹间距x的误差，要采取测多条亮纹间距的办法.,创新方法探究 提炼方法 展示技巧题型方法一、实验数据的创新处理例1 在“测定玻璃的折射率”实验中，在没有量角器的情况下，怎样计算玻璃的折射率？【解析】有如下两种方法：方法一可以借助直尺和圆规共同来 完成如图甲所示，以入射点O为圆心， 以适当长（如OB）为半径画圆，与入 射光线和折射光线分别交于A、B，从 A、B分别向法线作垂线，分别交法线 甲 于M、N，则折射率为:,所以只要用刻度尺量出AM、BN的长度，就可以算出折射率了方
8、法二 可以借助直尺来完成如 图乙所示，过B点作上表面的垂线， 交上表面于M，延长AO至与BM交于 N，则折射率为:,乙,所以只要用刻度尺量出OB、ON的长度，就可以算出折 射率了【答案】略.【点评】用量角器测出的入射角与出射角，一般误差较大，而且还需要通过查表求其正弦值将角度的测量转化为长度的测量之后，可有效地减小误差，且方便实用例2 在某次“用双缝干涉测光的波长”的实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600 mm，双缝之间的距离是0.20 mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数如图70-5甲所示然后他转动测量头，使分
9、划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数如图,70-5乙所示这两次示数依次为mm和mm.由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为nm.（结果保留三位有效数字）图70-5【解析】测量头就是螺旋测微器，对于第一次第1条亮纹中心对应的示数，从固定刻度读出0.5 mm,可动刻度读出14.10.01 mm=0.141mm，故总示数为：0.5mm+0.141 mm=0.641mm；第二次第7条亮纹中心对应的示数可按照同样的方法读出为10.293 mm.所以六条亮纹的总间距即两次读,数之差9.652mm，可求得相邻亮纹中心的距离x1.609 mm，再由 算出波长为536 nm.【答案】0.6
10、41 10.293 536【点评】由 计算波长时，双缝间距d是已知的，缝,屏间的距离l可由米尺测出，相邻亮纹中心的距离x需要用测量头来测量分划板中心刻线能否对齐干涉条纹，对测量结果影响很大，由于明暗条纹的单线不很清晰，测量时应对齐干涉明（或暗）条纹的中心.方法如下：把明（或暗）条纹嵌在分划板两根短刻线之间，使条纹的两边边缘与短刻线的距离相等，这时，中心刻线就对齐在条纹的中心.为减小测量误差，应重复测几次，取其平均值.二、实验器材的创新应用,例3 一块玻璃砖有两个互相平行 的表面，其中一个表面是镀银的（光 线不能通过表面）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（P1、
11、P2、P3、P4）、 图70-6甲 带有刻度的直角三角板、量角器实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的平面与纸面垂直在纸面上画出直线aa和bb，aa表示镀银的玻璃表面，bb表示另一表面，如图70-6甲所示然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2（位置如图）用P1、P2的连线表示入射光线(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在图中标出P3、P4的位置,(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1与折射角2简要写出作图步骤(3)写出用1、2表示的折射率公式.【解析】 (1)在b一侧观察P1、P2（经bb折射、aa反射，再经b
12、b折射后）的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2像；再插上P4，让它挡住P1、P2的像和P3P3、P4的位置如图70-6乙所示.(2)作图步骤如下：过P1、P2作直线与bb交于O；过P3、P4作直线与bb交于O；图70-6乙,利用刻度尺找到OO的中点M；过O点作bb的垂线CD，过M点作bb的垂线与aa相交于N点，如图70-6乙所示，连接O、N；P1OD=1，CON=2.(3)入射角P1OD=1，出射角CON=2，则折射率公式为:【答案】略【点评】实验室中所使用的玻璃砖的两个互相平行的表面均是透明的，而本例中将其中一个表面是镀银的（光线不能通过表
13、面），通过实验器材的创新，使得实验过程中的光路创新将“折射折射”光路改变为“折射反射折射”光路.,三、实验误差的对比分析例4 在做“测定玻璃折射率”的实验时，某同学在画玻璃砖的两个界面ab和cd时，分别在入射点、折射点将ab、cd顺时针转了一个小角度，如图70-7甲所示，则测出的折射率n将如何变化？图70-7【解析】作出法线，如图70-7乙，可看出，ab、cd顺时针旋转了一个小角度，设实际入射角为i，折射角为r，实际,折射率为n，测得折射率为n，由图70-7乙及折射率的定义，得：故即nn，测得的折射率偏小.【答案】偏小【点评】由于本实验是先确定入射光线和折射光线，再结合界面和法线，找到相应的入
14、射角和折射角，即可按定义求出折射率因此，在进行误差分析时，关键就是确定入射角和折射角与实际情况相比发生了怎样的变化，即可判断折射率是偏大还是偏小.,体验成功1.（2009年衡水中学检测）若把杨氏双缝干涉实验改在水中进行，其他条件不变，则得到的干涉条纹间距将（ ）A.变大 B.变小 C.不变 D.不能确定【解析】光在水中的波长小于在空气中的波长，由条纹间距公式x= 知，x，选项B正确.【答案】B2. （2009年金华一中模拟） 对于 “测定玻璃的折射率”的实验.(1)实验中的光路如图70-8甲所示,实 验步骤如下，请你按正确顺序重新排列：_. 图70-8甲,A.用公式 算出不同入射角时的折射率，
15、看是否近于一个常数，求出几次实验中测得的n的平均值.B.用图钉将白纸钉在平木板上，在白纸上画一直线aa作为界面，通过aa上的一点O画出法线NN，并画一条线段AO作为入射光线，使入射角=AON=30,然后将玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一界面bb.C.移去大头针和玻璃砖，过P3、P4引一直线OB，连接O、O， 就是折射光线的方向，用量角器量出折射角=OON. D.用同样的方法找出入射角是45、60、75时的折射角，查出正弦值并记入表中 .,E.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃 砖观察大头针的像，调整视线直到P2的像挡住P1的像，再在观察的这一边竖直插上
16、两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像.记下P3、P4的位置.(2)假设实验中得到了如图70-8乙所示 的光路.为了测量入射角和折射角，作法线 时将法线画得与界面不垂直，由这样量得 的角i和r算出的折射率与真实值相比较. (填“偏大”、“偏小”或“不变”） 图70-8乙【答案】（1）BECDA（2）偏小3.（2009年河南漯河五高检测）如图70-9甲所示，在,“用双缝干涉测光的波长”的实验中，图70-9甲(1)光具座上放置的光学元件依次为：光源、_、 _ 、 _ 、遮光筒、光屏.(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，并测出光波波长.这时可以去掉的部件是_（填数字代号）.(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，手轮的示数如图70-9乙所示；继续转动手轮，使分划板,
