|
物理选修3-4实验 实验1.测得玻璃的折射率 【知识要点】 一、实验目的 1．测定玻璃的折射率．2．学会用插针法确定光路． 二、实验原理 如图所示，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖 时，通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而求出 sinθPN折射光线O1O2 和折射角θ2，再根据n＝或 n＝sinθ2QN′ 射率． 三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆 规)、三角板、铅笔． 四、实验步骤 1.如图所示，把白纸铺在木板上． 2．在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的 法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线． 3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用直尺 画出玻璃砖的另一边bb′. 4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2. 5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住．再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像． 6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们 的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′，OO′就是玻璃砖内折射光线的方向．∠AON为入射角，∠O′ON′ 为折射角． 7．改变入射角，重复实验． 五、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sinθ1 和sinθ2.算出不同入射角时的sinθ，并取平均值． sinθ2 2．作sinθ1－sinθ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2， 作sinθ1－sinθ2图象，由n＝sinθ1 sinθ2 如图实－13－3所示，其斜率为折射率． 图实－13－3 3．“单位圆法”确定sinθ1、sinθ2，计算折射率n.以入射点O为圆心，以 一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点， 过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如图实－13－4所示，sinθ 1 1 EHE′H′sinθEH＝，sinθ2 ＝，OE＝OE′＝R，则n＝.只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出OEOE′sinθ2E′H′ n. 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． 七、误差分析 1．入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些． 2．入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差． 八、实验改进 本实验可用半圆形玻璃砖代替长方形玻璃砖，做法如下： 在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2，确定入射光线，并让入射光线 过圆心O，在玻璃砖另一侧垂直纸面 插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连 ABsinθOBAB接OP3，作光路图如图所示．则折射率n＝＝. sinθ2CDCD OC 【考点突破】 问题1.如图所示是上下两个面彼此平行的玻璃砖，两个面 之间的距离为h。一束光线以入射角i从上表面的O点入射，从下表面的Oˊ点射出。 （1）证明入射玻璃砖的光线和出射的光线平行 （2）证明侧移量随入射角的增大而增大。 （3）由图示可知能够确定入射角和折射角，因此可以测定 玻璃的折射率，怎样确定入射光线？怎样确定折射光线？（插 针法） （4）实验过程中，角度的测量会带来误差，实验时入射角 度大一些好还是小一些好？ （5）实验的过程中入射角和折射角不一定是特殊角，计算角度的正弦值 有很大的难度。你怎样解决这个问题？ （6）只使用一次测量数据会给实验结果带来很大的误差，某位同学多次 测量入射角α和折射角β，做出了如图所示的图像。图像中斜率表示什么意 思？ (7)某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤正 确无误。但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa’与bb’不平行， 如图所示：则（ ） A．P1P2与P3P4两条直线平行 B．P1P2与P3P4两条直线不平行 C．他测出的折射率偏大 D．他测出的折射率不受影响 (8)在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中： 2 a′ b′ ① 甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面 aa’和bb’后，不自觉地碰了玻璃砖使它向aa’方向平移了少许，如图所示:则他测出的折射率值将_____(选填“偏大”、 “偏小”或“不变”)； ②乙同学在画界面时，不自觉地将两界面aa’、bb’间距 画得比玻璃砖宽度些，如图所示，则他测得折射率 (填 “偏大”、“偏小”“不变”) . 变式1.同学用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好圆柱形玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在圆柱形玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和圆柱形玻璃砖的边界如图所示． （1）在图上画出所需的光路． （2）了测量出玻璃砖折射率，需要测量的物理量有 （要 求在图上标出）． （3）写出计算折射率的公式n= . 变式2.一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过此表面）.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（P、带有刻1、P2、P4）3、P 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表面与纸面垂直.在纸上画出直线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？试在题图中 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、?1表示的折射率公式n?. 变式3.徐老师用大头针、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。请用你的测量量表示出折射率 。 变式4.学校开展研究性学习，某研究性学习小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液 体折射率的仪器，如图所示．在一个圆形木盘上过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF，在半径OA上垂直圆盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2的位置不变，每次 测量时，让圆盘的BFC部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC 相平，EF为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆 周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2．同学们通过计算，预先在圆周 EC部分刻好了折射率的值。这样只要根据P所插的位置，就可直接读出液 体折射率的值．则 （1）若?AOF?30?，OP3与OC的夹角为30?，则P3处所对应的折射率的值为________． （2）图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大？__________． （3）作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为_________． 变式5.如图所示，置于空气中的一不透明容器内盛满某种透明液体．容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0 cm长的线光源．靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜，用来观察线光源．开始时通过望远镜不能看到线光源的 任何一部分．将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时，通过望远 镜刚好可以看到线光源底端．再将线光源沿同一方向移动8.0 cm，刚好 可以看到其顶端．求此液体的折射率n. 实验2. 用双缝干涉测光的波长 【知识要点】 一、实验目的 1．了解光波产生稳定干涉现象的条件．2．观察双缝干涉图样．3．测定单色光的波长． 二、实验原理 1．光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光经过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，我们通过光屏可以观察到明暗相间的干涉条纹．若用白光照射，通过两狭缝可以在光屏上观察到彩色条纹． d2.根据λ＝Δx可以计算出单色光的波长．公式中d为双缝间距离，Δxl 为相邻两条亮纹间的距离，l为双缝到屏之间的距离，实验中d 一般 4 |
|
|
