高中物理選修 選修3-4 第十一章 實(shí)驗(yàn)十三　測定玻璃的折射率.ppt

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測定玻璃的折射率 二、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作 1實(shí)驗(yàn)步驟 (1)如圖實(shí)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(diǎn)o為入射 點(diǎn)，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(shí)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(diǎn)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?，重?fù)實(shí)驗(yàn)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(shí) 132所示，其斜率 為折射率,圖實(shí) 132,(3)“單位圓”法確定sin1、sin2，計算折射率n. 以入射點(diǎn)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(diǎn)，交折射光線oo于e點(diǎn)，過e作nn的垂 線eh，過e作nn的垂線eh.如圖實(shí)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(shí) 133,五、注意事項(xiàng) 1玻璃磚宜選寬度大些的，實(shí)驗(yàn)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(xiàng)實(shí)驗(yàn) 5由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜?fù)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(diǎn)o作為不同入射角的入射光線的共同入射點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)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(shí) 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(shí) 134,甲同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比_(填“偏 大”、“偏小”或“不變”)； 乙同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比_(填“偏 大”、“偏小”或“不變”)； 丙同學(xué)測得的折射率與真實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)值相比不變,圖實(shí)135,如圖實(shí)136所示，丙同學(xué)用插針法確定的光線的出射點(diǎn)若恰在a點(diǎn)，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(shí)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(shí)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(shí)137,進(jìn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察白光、單色光的干涉圖樣，測定單色光的波長 二、實(shí)驗(yàn)原理 雙縫干涉條紋間距公式x 三、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作 1實(shí)驗(yàn)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(shí)141所示,圖實(shí)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(dá)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(shí)驗(yàn),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(xiàng) 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(shí)驗(yàn)中，將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀按要求安裝在光具座上(如圖實(shí)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(shí)142,圖實(shí)143,圖實(shí)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(shí)143(a)所示，圖實(shí)143(a)中的數(shù)字是該同學(xué)給各暗紋的編號，此時圖實(shí)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(shí)144(a)所示 ，此時圖實(shí)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(shí)143中圖(a)所示的中央刻線所對亮條紋記為第1條，則圖實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)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(jìn)或后退0.500 mm)觀察到第1條亮紋的位置如圖實(shí)146(a)所示，觀察第5條亮紋的位置如圖實(shí)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(shí)146,解