赢在微点 高考复习顶层设计 大一轮物理配套课件 第十四章　光学

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实验17：测量玻璃的折射率 实验18：用双缝干涉实验测量光的波长
考点1　实验：测量玻璃的折射率
考点2　实验：用双缝干涉实验测量光的波长
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实验：测量玻璃的折射率
赢在微点 物理 大一轮
2.实验器材。木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺(或刻度尺)、铅笔等。3.实验步骤。(1)用图钉把白纸固定在木板上。(2)在白纸上画一条直线aa'，并取aa'上的一点O为入射点，作过O点的法线NN'。
(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两个大头针。(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa'对齐，并画出另一条长边的对齐线bb'。(5)眼睛在bb'的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1被P2挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O'B，及出射点O'，连接O、O'得到线段OO'。(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。(8)改变入射角，重复实验。
4.数据处理。(1)计算法。用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的折射率n= ，并取平均值。
5.误差分析。本实验误差主要来源于入射光线、出射光线确定的准确性以及入射角和折射角的测量造成的偶然误差。6.注意事项。(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间距离要稍大一些。
(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。太大：反射光较强，折射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大。(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。(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。
用两面平行的玻璃砖测量折射率
【典例1】　某同学利用“插针法”测量玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行，正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示。
(1)此玻璃砖的折射率计算式为n=  (用图中θ1、θ2表示)。 (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差,应选用宽度 (填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。 (3)若某同学选用如图乙所示的玻璃砖，AA'、BB'为画出的边界，则测得的折射率与真实值相比 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
用三棱镜测量玻璃的折射率
【典例2】　(2024·浙江卷)如图所示，用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。
①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点；②将侧面A沿ab放置，并确定侧面B的位置ef；
③在cd上竖直插上大头针P1和P2，从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2，插上大头针P3，要求P3能挡住 (填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像； ④确定出射光线的位置 (填“需要”或“不需要”)第四枚大头针； ⑤撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef的夹角为α，则玻璃砖折射率 n=  。 
用半圆形玻璃砖测量折射率
【典例3】　某同学用大头针、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、P2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，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1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。请用你测量的量表示出折射率n=  。 
玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ
　　实验测量半圆形玻璃砖的折射率，且改变了依据的原理，应用了光的全反射规律。
实验：用双缝干涉实验测量光的波长
根据关系式Δx= 可知，测出相邻亮条纹间距离Δx、遮光筒的长度l和双缝间距离d，代入上式即可计算出光的波长。
2.实验步骤。(1)安装仪器(如图所示)。
a.将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。b.接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。c.安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝 。
(2)观察与记录。a.调单缝与双缝间距为5~10 cm时，观察白光的干涉条纹。b.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。c.调节测量头，使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a2，则相邻两条亮条纹间的距离Δx= 。d.换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。
4.注意事项。(1)放置单缝和双缝时，必须使缝平行，间距5~10 cm。(2)要保持光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。(3)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)条纹的中心。(4)要多测几个亮条纹(或暗条纹)中心间的距离，再求Δx。(5)照在光屏上的光很弱，原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴，干涉条纹不清晰，主要原因一般是单缝与双缝不平行。
【典例4】　在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲)，并选用双缝间距d=0.20 mm 的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离l=700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1=1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2= mm。 (2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx= mm；这种色光的波长λ= nm。 
实验的迁移、拓展和创新
【典例5】　洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉现象的装置。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S'。
(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝， 相当于另一个“缝”。 (2)实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是 (填“亮条纹”或“暗条纹”)。
(3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0.15 mm，单缝到光屏的距离D=1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ= m(保留3位有效数字)。 
(1)根据平面镜成像原理，经镜面反射的光线可认为是从S的像S'发出的，故S'相当于双缝干涉中的另一个缝。(2)根据题意，如果把光屏移动到和平面镜相接触，直接射到光屏上P点的光和经平面镜反射的光相位差为π，故接触点P处形成暗条纹。
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