新高考物理一輪復(fù)習(xí)分層提升練習(xí)專題75 測定玻璃的折射率、用雙縫干涉測光的波長（原卷版）

專題75測定玻璃的折射率、用雙縫干涉測光的波長導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1測定玻璃的折射率目標(biāo)2用雙縫干涉測光的波長【知識(shí)導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y量玻璃的折射率，掌握光線發(fā)生折射時(shí)入射角和折射角的確定方法。實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，當(dāng)光線AO以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過插針法找出跟入射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線O′B，從而得出折射光線OO′和折射角θ2，再根據(jù)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)或n＝eq\f(PN,QN′)計(jì)算出玻璃的折射率。實(shí)驗(yàn)器材白紙、圖釘、大頭針、直尺、鉛筆、量角器、平木板、長方形玻璃磚?！纠?】在“測量玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組在白紙上放好玻璃磚MNQP，畫出玻璃磚與空氣的兩個(gè)界面SKIPIF1<0和SKIPIF1<0（如圖），在玻璃磚的一側(cè)插上大頭針P1。（1）接下來他們要完成的步驟可以是______。A．在玻璃磚的另一側(cè)插上大頭針P2，使P2擋住P1的像，撤去玻璃磚，拔出大頭針，描繪出光路圖；B．在玻璃磚的另一側(cè)插上大頭針P2和P3，使P2、P3均能擋住P1的像，撤去玻璃磚，拔出大頭針，描繪出光路圖；C．在P1的同側(cè)插上大頭針P2，在玻璃磚的另一側(cè)插上大頭針P3，使P3能同時(shí)擋住P1和P2的像，撤去玻璃磚，拔出大頭針，描繪出光路圖；D．在P1的同側(cè)插上大頭針P2，眼睛在另一側(cè)看兩個(gè)大頭針，使P2把P1擋住，在玻璃磚的另一側(cè)插上大頭針P3和P4，使P3能同時(shí)擋住P1和P2的像，使P4能同時(shí)擋住P3以及P1和P2的像，撤去玻璃磚，拔出大頭針，描繪出光路圖；（2）某次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組一直無法透過玻璃磚看到另一側(cè)的兩枚大頭針重疊在一起，這可能是因?yàn)開_____。A．沿兩枚大頭針的光線沒能射入玻璃磚B．沿兩枚大頭針的光線在進(jìn)入玻璃磚之后直接從MP或NQ側(cè)面射出了C．沿兩枚大頭針的光線在玻璃磚SKIPIF1<0或SKIPIF1<0界面發(fā)生了全反射（3）實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)的三位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中①第一位學(xué)生在紙上正確畫出了玻璃磚的兩個(gè)折射面SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，因不慎碰動(dòng)了玻璃磚，使它向SKIPIF1<0方向平移了一點(diǎn)（如圖1所示），以后的操作都正確無誤，并仍以SKIPIF1<0和SKIPIF1<0為折射面畫出了光路圖，這樣測出的折射率n的值將______（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。②第二位學(xué)生為了避免筆尖觸劃玻璃磚的折射面，畫出的SKIPIF1<0和SKIPIF1<0都比實(shí)際的折射面向外側(cè)平移了一些（如圖2所示）以后的操作都正確無誤，并仍以SKIPIF1<0和SKIPIF1<0為折射面畫出了光路圖，這樣測出的折射率n的值將______（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。③第三位學(xué)生的操作和所畫的光路圖都正確無誤，只是所用的玻璃磚的兩個(gè)折射面不平行（如圖3所示），用這塊玻璃磚測出的折射率n的值將______（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。（4）另一實(shí)驗(yàn)小組的甲、乙、丙、丁四位同學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的插針結(jié)果，由圖可知①從圖上看，肯定把針插錯(cuò)了的同學(xué)是______。②從圖上看，測量結(jié)果準(zhǔn)確度最高的同學(xué)是______。二、用雙縫干涉測光的波長驗(yàn)?zāi)康?.理解雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理。2.觀察雙縫干涉圖樣，掌握實(shí)驗(yàn)方法。3.測定單色光的波長。實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，光源發(fā)出的光，經(jīng)過濾光片后變成單色光，再經(jīng)過單縫S時(shí)發(fā)生衍射，這時(shí)單縫S相當(dāng)于一個(gè)單色光源，衍射光波同時(shí)到達(dá)雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當(dāng)于兩個(gè)步調(diào)完全一致的單色相干光源，產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長λ、雙縫間距離d及雙縫與屏的距離l有關(guān)，其關(guān)系式為：Δx＝eq\f(l,d)λ，因此，只要測出Δx、d、l即可測出波長λ。兩條相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx用測量頭測出。測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，如圖所示。實(shí)驗(yàn)器材雙縫干涉儀、光具座、光源、學(xué)生電源、導(dǎo)線、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏、測量頭、刻度尺?！纠?】現(xiàn)有毛玻璃屏SKIPIF1<0、雙縫SKIPIF1<0、白光光源SKIPIF1<0、單縫SKIPIF1<0和透紅光的濾光片SKIPIF1<0等光學(xué)元件，要把它們放在如圖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。（1）將白光光源SKIPIF1<0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)的步驟有：①取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能沿遮光筒的軸線把屏照亮；②按合理的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；③用刻度尺測量雙縫到屏的距離；④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②時(shí)還應(yīng)注意放置單縫、雙縫時(shí)，必須使縫____和單縫、雙縫間的距離要________。（3）將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對(duì)齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)為________SKIPIF1<0，求得相鄰亮條紋的間距SKIPIF1<0為__________SKIPIF1<0。（4）已知雙縫間距SKIPIF1<0為SKIPIF1<0，測得雙縫到屏的距離SKIPIF1<0為SKIPIF1<0，由計(jì)算式SKIPIF1<0，求得所測紅光波長為_____SKIPIF1<0。【多維度分層專練】1．某同學(xué)為了測量截面為正三角形的玻璃三棱鏡的折射率，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的左側(cè)插上兩枚大頭針SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，然后在棱鏡的右側(cè)觀察到SKIPIF1<0和SKIPIF1<0的像，當(dāng)SKIPIF1<0的像恰好被SKIPIF1<0的像擋住時(shí)，插上大頭針SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，使SKIPIF1<0擋住SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的像，SKIPIF1<0擋住SKIPIF1<0，也擋住SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的像，在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖所示．（1）在圖上畫出對(duì)應(yīng)的光路__________．（2）為了測出三棱鏡玻璃材料的折射率，若以SKIPIF1<0為分界面，需要測量的量是__________，在圖上標(biāo)出它們．（3）三棱鏡玻璃材料折射率的計(jì)算公式是SKIPIF1<0________．（4）若在描繪三棱鏡輪廓的過程中，放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移（移至圖中的虛線位置，底邊仍重合），若仍以SKIPIF1<0為分界面，則三棱鏡玻璃材料折射率的測量值________真實(shí)值（填“大于”“小于”或“等于”）．2．小剛和小敏欲用插針法測玻璃的折射率，在實(shí)驗(yàn)中不小心將平行玻璃磚掉地上摔成了如圖甲所示的兩塊，小剛想找實(shí)驗(yàn)室老師換一塊，小敏觀察了一下摔壞的玻璃磚，發(fā)現(xiàn)斷面比較平整、光潔，于是小敏說不用換，用半塊仍然可以測出折射率．①小敏按照實(shí)驗(yàn)步驟，用半塊玻璃磚插針，得到了圖乙所示的P1、P2、P3、P4；小敏拔下P3、P4并做好記錄后，小剛也利用P1、P2插針，得到了P5、P6．那么，小剛和小敏所插的針中，__________(填“小剛”或“小敏”)插的一定是錯(cuò)誤的；請(qǐng)你選正確的插針，按實(shí)驗(yàn)要求完成光路圖_____________，并標(biāo)出相應(yīng)的符號(hào)；所測出的玻璃的折射率n=___________(用所標(biāo)的符號(hào)表示)②當(dāng)小敏改變?nèi)肷浣?，重新插上P1、P2后；在另一側(cè)怎么變換角度都看不到P1、P2的像，你認(rèn)為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是__________________________3．用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓如圖甲所示（O為兩圓弧圓心，圖中已畫出經(jīng)過P1、P2點(diǎn)的入射光線）。（1）在圖上補(bǔ)畫出所需的光路______。（2）為了測出玻璃的折射率，需要測量入射角θ1和折射角θ2，請(qǐng)?jiān)趫D中的AB分界面上畫出這兩個(gè)角_____。（3）多次改變?nèi)肷浣牵瑴y得幾組入射角和折射角，根據(jù)測得的入射角和折射角的正弦值，畫出了如圖乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n＝________。4．如下圖所示為激光光學(xué)演示儀。（1）甲同學(xué)想利用該裝置進(jìn)行雙縫干涉測波長實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)問還需要的儀器有__________。（雙縫間距離已通過讀數(shù)顯微鏡測出）（2）如下圖所示是乙同學(xué)利用該裝置測量玻璃折射率時(shí)的幾張過程圖；當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)至圖乙時(shí)發(fā)現(xiàn)折射光線恰好消失，則該半圓形玻璃磚的折射率約為_______________。（保留2位有效數(shù)字）（3）若將半圓形玻璃磚換成全反射三棱鏡，如下圖所示，入射光線ab垂直三棱鏡的斜面射入，經(jīng)三棱鏡直角邊全反射后，射出三棱鏡的光線為cd，現(xiàn)將三棱鏡繞其斜邊中點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，入射光線ab保持不變，則出射光線cd旋轉(zhuǎn)的角度為______________.5．制作近視眼鏡時(shí)需要控制鏡片的厚度。某同學(xué)猜想：制作相同度數(shù)的眼鏡，鏡片的厚度與其材料的折射率相關(guān)。為探究該猜想，他找來度數(shù)相同、鏡片厚度不同的兩副眼鏡，以及兩個(gè)形狀相同的半圓形玻璃磚1（與厚鏡片材質(zhì)相同）和玻璃磚2（與薄鏡片材質(zhì)相同）。設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：a.用刻度尺測出半圓形玻璃磚的直徑D；b.在木板上固定一張白紙，將玻璃磚水平放置在白紙上，用筆描出磚的邊界，移走玻璃磚，在紙上標(biāo)出圓心O、直徑AB、AB的垂線OC；c.將玻璃磚1放在白紙上，使之與邊界完全重合，用長直刻度尺M(jìn)N緊靠A點(diǎn)并與AB垂直放置；d.調(diào)節(jié)激光器，使光線沿PO射向圓心O，并使長直尺M(jìn)N的左右兩端均出現(xiàn)亮點(diǎn)，記下左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為SKIPIF1<0，右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)距離為SKIPIF1<0。e.移走玻璃磚1，將玻璃磚2置于玻璃磚1原來位置，使光線仍沿PO方向射向圓心O，并使長直尺M(jìn)N的左右兩端均出現(xiàn)亮點(diǎn)，并記下左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為SKIPIF1<0。（1）畫出步驟d、e中對(duì)應(yīng)的光路圖；()（2）玻璃磚1的折射率可表示為________；（3）測得SKIPIF1<0，可知厚鏡片材質(zhì)的折射率比薄鏡片材質(zhì)的折射率________（填“大”或“小”）。該實(shí)驗(yàn)主要采用的實(shí)驗(yàn)方法是________（選填“放大法”“理想實(shí)驗(yàn)法”“替代法”）6．利用雙縫干涉測光的波長的實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距SKIPIF1<0，雙縫到光屏間的距離SKIPIF1<0，用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖所示，分劃板在圖中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)也由圖中所給出，則：（1）分劃板在圖中A、B位置時(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)分別為SKIPIF1<0_____SKIPIF1<0，SKIPIF1<0______SKIPIF1<0，相鄰兩條紋間距SKIPIF1<0______SKIPIF1<0；（2）波長的表達(dá)式SKIPIF1<0______（用SKIPIF1<0、l、d表示），該單色光的波長SKIPIF1<0_____m；（3）若改用頻率較高的單色光照射，得到的干涉條紋間距將______（填“變大”、“不變”或“變小”）。7．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，要把它們放在如圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，用以測量紅光的波長。(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)元件的字母的排列順序應(yīng)為C、__________、__________、__________、A；(2)將激光束照在雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖選項(xiàng)中的__________；A．B．C．D．(3)保持雙縫到光屏的距離不變，換用間隙更小的雙縫，在光屏上觀察到的條紋間距將___________；保持雙縫間隙不變，減小雙縫到光屏的距離，在光屏上觀察到的條紋間距將___________；（均選填“變寬”“變窄”或“不變”）(4)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對(duì)齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時(shí)手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對(duì)齊，記下此時(shí)圖乙中手輪上的示數(shù)______mm，求得相鄰亮條紋的間距Δx為____mm；(5)已知雙縫間距d為SKIPIF1<0m，測得雙縫到屏的距離L為0.700m，由計(jì)算式λ=__________，求得所測紅光波長為__________mm。8．小明同學(xué)采用“雙縫干涉儀”觀察光的雙縫干涉圖樣，并測定某種單色光的波長，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．（1）下列說法正確的是_____A．元件a是白熾燈，它的作用是照明并獲得相干光源B．元件f為撥桿，它的作用是調(diào)節(jié)單、雙縫平行，即條紋的清晰度C．將紅色濾光片換成紫色濾光片時(shí)，觀察到相鄰亮條紋之間的間距將變大（2）若在實(shí)驗(yàn)中小明觀察到的條紋如圖2（甲）所示，為了使干涉條紋豎直，即如圖2（乙）所示，則小明應(yīng)進(jìn)行以下操作中的_____A．左右調(diào)節(jié)撥桿B．先松開堅(jiān)固螺釘再旋轉(zhuǎn)測量頭C．旋轉(zhuǎn)遮光筒（連同單、雙縫、測量頭）（3）在測定某種單色光的波長實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明同學(xué)先轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，把分劃板刻線對(duì)準(zhǔn)最靠左的一條明條紋并記作“1”，如圖3所示，游標(biāo)尺為50分度，則此時(shí)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為x1＝___mm；然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，直到分劃板刻線對(duì)準(zhǔn)第6條明條紋并記下游標(biāo)卡尺的讀數(shù)x2＝14.64mm；若已知雙縫間距d=0.2mm，雙縫到屏的間距L＝800mm，則可求得該單色光的波長為___m（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．9．小明和小強(qiáng)兩位同學(xué)根據(jù)老師的要求到實(shí)驗(yàn)室想利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀測量光的波長，實(shí)驗(yàn)老師給他提供（如圖甲所示的）實(shí)驗(yàn)儀器．接通電源使光源正常發(fā)光．回答下列問題：①一開始小明和小強(qiáng)同學(xué)按圖甲所示將儀器安裝在光具座上之后，在目鏡中什么也看不到，兩人看了說明之后，相互配合做了如下調(diào)節(jié)．一是調(diào)節(jié)光源、凸透鏡、遮光筒軸線在同一高度上，二是調(diào)節(jié)單縫與雙縫________，使縫的中點(diǎn)位于遮光筒軸線上，但是這次小明同學(xué)在目鏡中看到了模糊不清的條紋，為了得到清晰的條紋，因儀器裝置較長，一人無法完成操作，兩人開始分工，小明在目鏡中觀察，小強(qiáng)必須前后微調(diào)________（填寫圖中所給的儀器名稱）才能看到清晰的干涉條紋．②經(jīng)過認(rèn)真、正確地調(diào)節(jié)，小明和小強(qiáng)看到了彩色干涉條紋，說明在實(shí)驗(yàn)裝置當(dāng)中缺少了________，小明和小強(qiáng)認(rèn)為同樣可以測出彩色條紋間距，從而測出小燈泡發(fā)出的光的波長，因此調(diào)節(jié)出如圖乙、丙、丁所示的三個(gè)彩色條紋圖樣，請(qǐng)問觀察到圖乙情景時(shí)目鏡中心相對(duì)于遮光筒軸線是________（填“偏左”或“偏右”）的．③觀察到圖乙時(shí)，將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋定為第