高中物理選修 選修3-4 第十一章 實驗十三　測定玻璃的折射率.ppt

一、實驗?zāi)康?測定玻璃的折射率 二、實驗原理 用插針法確定入射角和折射角，根據(jù)n 計算玻璃的折射率 三、實驗器材 兩面平行的玻璃磚、白紙、木板、大頭針、量角器、刻度尺、鉛筆、圖釘,四、實驗操作 1實驗步驟 (1)如圖實131所示，用圖釘把白紙固定在木板上 (2)在白紙上畫一條直線aa，并取aa上的一點o為入射 點，作過o的法線nn. (3)畫出直線ao作為入射光線，并 在ao上插上p1、p2兩枚大頭針 (4)在白紙上放上玻璃磚，使其中 一個長邊與直線aa對齊， 并畫出另一條長邊的對齊線bb.,圖實131,(5)通過玻璃磚觀察并調(diào)整視線方向，使p1的像被p2擋住，然 后在觀察一側(cè)插上大頭針p3，使p3同時擋住p2、p1的像，再 插上p4擋住p3及p2、p1的像 (6)移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針p3、p4的針孔位置確 定出射光線ob及出射點o，連接o、o得線段oo， 則oo即玻璃磚內(nèi)的折射光線 (7)用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin1 和sin2. (8)改變?nèi)肷浣牵貜?fù)實驗記錄下每次的入射角1和折射 角2.,2數(shù)據(jù)處理 (1)計算法：用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其 正弦值sin1和sin2.算出不同入射角時的 ，并取平 均值 (2)作sin1sin2圖象：改變不同的入射角1，測出不同的 折射角2，作sin1sin2圖象，由n 可知圖象應(yīng)為直線，如圖 實 132所示，其斜率 為折射率,圖實 132,(3)“單位圓”法確定sin1、sin2，計算折射率n. 以入射點o為圓心，以一定的長度r為半徑畫圓，交入射光 線oa于e點，交折射光線oo于e點，過e作nn的垂 線eh，過e作nn的垂線eh.如圖實133所示， oeoe r，則 只要用 刻度尺量出 eh、eh的長度就 可以求出n.,圖實 133,五、注意事項 1玻璃磚宜選寬度大些的，實驗中玻璃磚的位置不要移 動用手拿玻璃磚時，只能接觸玻璃磚的毛面或棱，嚴(yán)禁 用玻璃磚當(dāng)尺子畫界面 2大頭針應(yīng)豎直插入，兩大頭針間距離宜大些 3所選入射角不應(yīng)過大，否則在另一側(cè)看不清p1、p2的像； 也不應(yīng)過小，否則測量誤差較大 4用半圓形玻璃磚、三棱鏡也能完成此項實驗 5由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜?fù)實驗，所以入射光線與出射 光線要一一對應(yīng),六、誤差分析 1入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差，故入射側(cè)、 出射側(cè)所插兩枚大頭針的間距應(yīng)大一些 2入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些， 以減小測量的相對誤差,(1)在用插針法測定玻璃的折射率的實驗中，某同學(xué)的操作步驟如下： a用圖釘將記錄光路的白紙固定在平板上； b手拿玻璃磚的毛面或棱，將其輕放在白紙上； c用鉛筆環(huán)繞玻璃磚畫出邊界aa和bb； d在aa上選擇一點o作為不同入射角的入射光線的共同入射點，畫出入射角i分別為0、30、45的入射光線；,e用“插針法”分別得到各條入射光線對應(yīng)的出射光線，觀察時著重看大頭針針帽是否在一條直線上，取下玻璃磚、大頭針，連接各針孔，發(fā)現(xiàn)所畫折射光線中有兩條相交，量出各個折射角r； f按公式分別計算 取三個值的算術(shù)平均值,以上步驟中有錯誤或不妥之處的是_； 應(yīng)改正為_ _. (2)在用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa、bb與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖實 134甲、乙和丙所示，其中甲、丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚他們的其他操作均正確，且均以aa、bb為界面畫光路圖則：,圖實 134,甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比_(填“偏 大”、“偏小”或“不變”)； 乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比_(填“偏 大”、“偏小”或“不變”)； 丙同學(xué)測得的折射率與真實值相比_,解析 (1)有錯誤或不妥之處的是cde.c中應(yīng)先畫出一條直線，把玻璃磚的一邊與其重合，再使直尺與玻璃磚的界面對齊，移開玻璃磚后再畫邊界線；d中入射角要取0以外的三組數(shù)據(jù)；e中大頭針要豎直插牢，觀察時看針腳是否在同一條直線上,(2)如圖實135所示，甲同學(xué)利用插針法確定入射光線和折射光線后，測得的入射角不受影響， 但測得的折射角比真實值偏大，因此 測得的折射率偏小 乙同學(xué)雖用的是梯形玻璃磚，但 所畫邊界線與玻璃磚重合，測得的折射率與玻璃磚的形狀無關(guān)，因此所測得的折射率與真實值相比不變,圖實135,如圖實136所示，丙同學(xué)用插針法確定的光線的出射點若恰在a點，則測得的折射率不變?nèi)粼赽a之間則偏小，若在ba之間則偏大,答案 (1)cde 見解析 (2)偏小 不變 可能偏小、可能偏大、可能不變,圖實136,學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器，如圖實137所示在一圓盤上，過其圓心o作兩條互相垂直的直徑bc、ef，在半徑oa上，垂 直盤面插下兩枚大頭針p1、p2， 并保持p1、p2位置不變，每次 測量時讓圓盤的下半部分豎直,圖實137,進入液體中，而且總使得液面與直徑bc相平，ef作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察p1、p2的像，并在圓周上插上大頭針p3，使p3正好擋住p1、p2的像，同學(xué)們通過計算，預(yù)先在圓周ec部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)p3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值回答下列問題：,(1)若aof30，op3與oc的夾角為30，則p3處所對應(yīng)的折射率的值為_ (2)圖中p3、p4兩位置_處所對應(yīng)的折射率大 (3)作ao的延長線交圓周于k，k處所對應(yīng)的折射率值應(yīng)為_,解析 (1)根據(jù)折射定律n 題中160，2aof30，所以n 1.73. (2)圖中p4對應(yīng)的入射角大于p3所對應(yīng)的入射角，所以p4對應(yīng)的折射率大 (3)因a、o、k在一條直線上，入射角等于折射角，所以k處對應(yīng)的折射率應(yīng)為1.,答案 (1)1.73 (2)p4 (3)1,一、實驗?zāi)康?觀察白光、單色光的干涉圖樣，測定單色光的波長 二、實驗原理 雙縫干涉條紋間距公式x 三、實驗器材 雙縫干涉儀(由光具座、光源、濾光片、單縫、雙縫、 遮光筒、毛玻璃屏、測量頭組成)、學(xué)生電源、導(dǎo)線、刻 度尺,四、實驗操作 1實驗步驟 (1)觀察雙縫干涉圖樣 將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如圖 實141所示,圖實141,接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光 調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏 安裝單縫和雙縫，中心位于遮光筒的軸線上，使雙縫和單縫的縫平行，二者間距為幾個厘米，這時，可觀察到白光的干涉條紋 在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋,(2)測定單色光的波長 安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋 使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的 讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中 心刻線移動至第n條亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀 數(shù)a2. 用刻度尺測量雙縫到光屏間距離l(d是已知的) 重復(fù)測量、計算，求出波長的平均值 換用不同的濾光片，重復(fù)實驗,2數(shù)據(jù)處理 (1)條紋間距的計算：x (2)波長計算： (3)計算多組數(shù)據(jù)，求的平均值,五、注意事項 1雙縫干涉儀是比較精密的儀器，應(yīng)輕拿輕放，且注意 保養(yǎng) 2安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均 在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng) 3光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近 4照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測 量頭與遮光筒不共軸所致；干涉條紋不清晰的一般原因是單 縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié),六、誤差分析 1雙縫到屏的距離l的測量存在誤差 2測條紋間距x帶來的誤差： (1)干涉條紋沒有調(diào)整到最清晰的程度 (2)誤認(rèn)為x為亮(暗)條紋的寬度 (3)分劃板刻線與干涉條紋不平行，中心刻線沒有恰好位于 條紋中心 (4)測量多條亮條紋間的距離時讀數(shù)不準(zhǔn)確，此間距中的條 紋數(shù)未數(shù)清,(2009北京高考)在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上(如圖實142)，并選用縫間距d0.20 mm的雙縫屏從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫屏間的距離l700 mm.然后，接通電源使光源正常工作,圖實142,圖實143,圖實144,(1)已知測量頭主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡看去，第一次映入眼簾的干涉條紋如圖實143(a)所示，圖實143(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號，此時圖實143(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x11.16 mm；接著再轉(zhuǎn)動手輪，映入眼簾的干涉條紋如圖實144(a)所示 ，此時圖實144(b)中游標(biāo)尺上的讀數(shù)x2_mm； (2)利用上述測量結(jié)果，經(jīng)計算可得兩個相鄰明紋(或暗紋)間的距離x_mm；這種色光的波長_nm.,解析 (1)主尺讀數(shù)為15 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為10.02 mm0.02 mm，二者相加即可 (2)由于圖中數(shù)字標(biāo)記的是暗條紋，首先應(yīng)根據(jù)暗條紋所標(biāo)數(shù)字給亮條紋也標(biāo)明條數(shù)，若圖實143中圖(a)所示的中央刻線所對亮條紋記為第1條，則圖實144中圖(a)所示的中央刻線所對亮條紋為n7，則x 2.31 mm，光的波長 6.6102 nm.,答案 (1)15.02 (2)2.31 6.6102,現(xiàn)有毛玻璃屏a、雙縫b、白光光源c、單縫d和透紅光的濾光片e等光學(xué)元件，要把它們放在如圖實145所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長,圖實145,(1)將白光光源c放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為c、_、_、_、a.,(2)本實驗的實驗步驟如下： 取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮； 按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上； 用米尺測量雙縫到屏的距離； 用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的 距離 在操作步驟時還應(yīng)注意_和_,(3)若測得雙縫間距為3.0 mm，雙縫與屏之間的距離為0.70 m，通過測量頭(與螺旋測微器原理相似，手輪轉(zhuǎn)動一周，分劃板前進或后退0.500 mm)觀察到第1條亮紋的位置如圖實146(a)所示，觀察第5條亮紋的位置如圖實146(b)所示則可求出紅光的波長 _ m (保留一位有效數(shù)字),圖實146,解