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1、2024届物理一轮复习讲义实验十八测量玻璃的折射率学习目标1.学会用插针法确定光路。 2.会计算玻璃的折射率。原理与器材实验操作注意事项1.实验原理通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线OB，从而画出折射光线OO，求出折射角2，再根据n或n，计算出玻璃的折射率。2.实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔等。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MM。3.画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针。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.
2、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的像被P2的像挡住，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OB及出射点O，连接O、O得线段OO。7.用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2。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、P2与O、P3与O之间距离要稍大一些。2.入射角1不宜太大(接近90)，也不宜太小(接近0)。3.操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当作尺子
3、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。数据处理1.计算法：算出不同入射角时的n，并取平均值 。2.作sin 1sin 2图像：由n可知图像应是过原点的直线，如图1所示，其斜率为折射率n。图1图23.“单位圆”法：如图2所示，sin 1，sin 2，OEOER，则n。考点一教材原型实验例1 (1)如图3所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa和bb。O为直线AO与aa的交点。在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针
4、。下面关于该实验的说法正确的是_。图3A.插上大头针P3，使P3挡住P2、P1的像B.插上大头针P4，使P4挡住P3和P2、P1的像C.为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大些D.为减小测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好E.若将该玻璃砖换为半圆形玻璃砖，仍可用此方法测玻璃的折射率(2)在“测玻璃的折射率”实验中：小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图4甲所示的实验器材，他认为还缺少器材，请你写出所缺器材的名称：_。老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，透过玻璃砖观察，调整视线方向，插上第四枚大头针P4应使其遮挡住_。甲图4为取得较
5、好的实验效果，下列操作正确的是_。A.必须选用上下表面平行的玻璃砖B.选择的入射角应尽量小些C.大头针应垂直地插在纸面上D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些小朱同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，用圆规以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO延长线于C点，过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点，如图丙所示，若他测得AB7.5 cm，CD5 cm，则可求出玻璃的折射率n_。图5某同学在纸上画出的界面aa、bb与玻璃砖位置的关系如图5所示，他的其他操作均正确，且均以aa、bb为界面画光路图。则该同学测得的折射率测量值_真实值(填“大于”“小于”或“等于
6、”)答案(1)ABCE(2)刻度尺和量角器P3以及P1、P2的像CD1.5小于解析(1)确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，故A、B正确；折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的作图误差会较大，故P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度，故C正确；入射角1即P1和P2的连线与法线的夹角尽量大些，即P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角适当小些，折射角也会大些，折射现象较明显，测量角度的相对误差会减小，故D错误；本实验中采用挡像法进行测量，对于半圆形玻璃砖
7、同样可以确定入射光线和折射光线，故可以确定折射率，故E正确。(2)缺少的器材为：刻度尺和量角器，运用两点一线的原理确定光线方向，观察的这一侧插两枚大头针应使P4挡住P3以及P1、P2的像。根据测玻璃的折射率的原理，玻璃上下表面不平行也能测出折射率，故A错误；选择的入射角应尽量大一些，以减小测量误差，故B错误；大头针应垂直地插在纸面上，防止产生误差，故C正确；大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些，可减小确定光线时产生的误差，故D正确。玻璃的折射率n1.5。如图为在图中分别作出的实际光路图(图中实线)和以aa、bb为界面、以大头针留的痕迹作为出射光线画的实验光路图(图中虚线)比较实际光路
8、图的折射角与实验光路图的折射角关系可知：折射角测量值偏大，则测得的折射率偏小。跟踪训练1.某同学在做“测量玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线，如图6甲所示，并在入射光线AO上插上大头针P1、P2，现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针，便能确定光在玻璃砖中的折射光线。图6(1)确定P3位置的方法正确的是_；A.透过玻璃砖，P3挡住P2的像B.先插上P4大头针，在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置C.透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像(2)作出在玻璃砖中和出射后的光线的光路图，并画出玻璃砖中光线的折射角2。(3)经过多次测量作出sin 1sin 2的图像如图乙，玻璃砖的折射
9、率为_(保留3位有效数字)。(4)若该同学在确定P4位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把P4位置画的偏左了一些，则测出来的折射率_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。(5)该同学突发其想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，插针P1、P2的连线垂直于AB面，若操作无误，则在图7中右边的插针应该是_。图7A.P3P6 B.P3P8 C.P5P6 D.P7P8答案(1)C(2)图见解析 (3)1.49(4)偏小 (5)C解析(1)确定P3位置的方法正确的是：透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像，故选C。(2)光路如图。(3)根据n可知，图像sin 1sin 2的斜率等
10、于折射率，由图像可知玻璃砖的折射率为n1.49。(4)若该同学在确定P4位置时，被旁边同学碰了一下，不小心把P4位置画的偏左了一些，则P4P3的连线与bb的交点偏右，测得的折射角2偏大，则根据n可知，测出来的折射率偏小。(5)光路图如图所示根据光路图可知，经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏转，然后射入右侧玻璃砖后平行射出，所以在题图中右边的插针应该是P5P6，故选C。考点二创新拓展实验例2 某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图8所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两
11、个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面的距离d110.00 cm，玻璃砖厚度d24.00 cm，则该玻璃的折射率n_，光在该玻璃中传播速度v_m/s(光在真空中传播速度c3.0108 m/s，结果均保留2位有效数字)。图8答案1.22.5108解析作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i45，设折射角为r，则tan r，sin r0.6，故折射率n1.2，故v2.5108 m/s。跟踪训练2.(2022江苏淮安市模拟)某同学用半圆柱玻璃砖测量玻璃的折射率，他的操作步骤如下：A.用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d，算出半径r，然
12、后确定圆心的位置，记在玻璃砖上；B.在白纸上画一条直线作为入射光线，并在入射光线上插两枚大头针P1和P2；C.让入射光线与玻璃砖的直径垂直，入射光线经过圆心O；D.以圆心O为轴，缓慢逆时针转动玻璃砖，同时调整视线方向，直到从AB下方恰好看不到P2和P1的像，然后沿半圆柱玻璃砖直径画一条直线AB，并作出光路图，如图9所示。图9(1)看不到P2和P1的像是因为发生了_。(2)只使用毫米刻度尺，还需要测量_(选填“OD”或“CD”)的长度，记作l。(3)玻璃砖的折射率的表达式n_。答案(1)全反射(2)CD(3)解析(1)看不到P2和P1的像是由于光线在AB面上发生了全反射。(2)(3)只要测出“C
13、D”的长度l，就相当于测出了临界角的正弦，即sin C，而sin C，可得折射率n。1.如图1所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针P3、P4，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是_。图1A.大头针P4须挡住P3及P1、P2的像B.入射角越大，折射率的测量越准确C.利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率nD.如果误将玻璃砖的边PQ画到PQ，折射率的测量值将偏大答案A解析确定P4大头针的位置的方法是大头
14、针P4能挡住P3和P1、P2的像，故A正确；入射角适当大一些，能使折射率的测量准确，故B错误；利用量角器量出i1、i2，可求出玻璃砖的折射率n，故C错误；如果误将玻璃砖的边PQ画到PQ，则折射角i2将偏大，折射率的测量值将偏小，故D错误。2.学校开展研究性学习，某研究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2所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像
15、，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，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P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：图2(1)若AOF30，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的值大？答：_。(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_。答案(1)(2)P4(3)1解析(1)根据折射定律n，由题意160，2AOF30，所以折射率为n。(2)题图中P4对应的入射角大于P3对应的入射角，所以P4对应的折射率的值大。(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角
16、，所以K处对应的折射率的值应为1。3.某同学在利用“插针法”测定一块红色直角三角形玻璃砖的折射率时发现，由于玻璃的颜色较深，在另一侧很难观测到对侧所插的针，他想到可以用实验室的红色激光器来完成实验。如图3所示，他在木板上固定好白纸，放好玻璃砖，正确作出了界面MN、MP、NP，然后让很细的激光平行于木板从玻璃砖的上界面MN入射。图3(1)由于激光很强，不能用眼睛直接观测，该同学通过在木板上插入被激光照亮的针来确定激光光路，正确的插针顺序应是_。A.P1、P2、P3、P4 B.P4、P3、P2、P1C.P1、P2、P4、P3 D.P4、P3、P1、P2(2)若P1P2与MN垂直，用量角器量得图中的
17、160，230，则玻璃的折射率为_。A. B. C. D.(3)若激光器正常发光，平行于MN从玻璃砖NP界面垂直射入玻璃砖，如图中虚线箭头所示。该同学发现在MP一侧始终找不到出射光线，则原因是_；该同学在MP一侧没有找到出射光线，但在MN一侧找到了出射光线，他依然用被激光照亮的针确定了激光在MN一侧的出射光线和NP一侧的入射光线，则测量后他_计算出玻璃的折射率(填“能”或“不能”)。答案(1)B(2)A(3)激光在MP界面上发生了全反射能解析(1)应该先插光路后面的针，否则光被挡住，后面的针无法确定位置，故正确的插针顺序应是P4、P3、P2、P1，故选B。(2)在MP界面上，由几何关系知光的入
18、射角为i30，折射角为r60，则玻璃的折射率为n，故选A。(3)入射光线与MN平行，在MP一侧没有找到出射光线，说明光线在MP上发生了全反射，根据几何关系可以求出光线在MN面上的入射角，由插针得出折射角，从而由折射率公式计算出折射率。实验十九用双缝干涉实验测量光的波长学习目标1.掌握由x测光的波长的原理，并能测单色光波长。 2.观察单色光的双缝干涉图样，掌握测量头测量条纹间距的方法。实验原理实验操作注意事项如图1所示，相邻两条亮(暗)条纹间的距离x与入射光波长，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l满足关系式x，因此，只要测出x、d、l即可测出波长。图11.安装仪器(如图2)图2(1)将光源
19、、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。(2)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。(3)安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。2.观察与记录(1)调单缝与双缝间距为510 cm时，观察白光的干涉条纹。(2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。(3)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，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两亮条纹间的距离x。(4)换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。1.调节双缝
20、干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。2.放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。3.调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐。4.不要直接测x，要测多条亮条纹的间距再计算得到x，这样可以减小误差。数据处理1.条纹间距：x。2.波长：x。3.测量多组数据，求的平均值。误差分析1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。2.测条纹间距x带来的误差如下：(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。(2)误认为x为亮(暗)条纹的宽度。(3)分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心。(4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中
21、的条纹数未数清。考点一教材原型实验例1 (2022山东日照模拟)某同学利用如图3甲所示的装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：(1)若想增加目镜中观察到的条纹个数，该同学可_。A.将单缝靠近双缝 B.将屏靠近双缝C.将屏远离双缝 D.使用间距更大的双缝(2)某次测量时，双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，当分划板的中心刻线对准第1条亮条纹的中心时读数x12.310 mm，对准第5条亮条纹的中心时读数如图乙所示，则读数x2_mm，所测单色光的波长为_nm。甲乙图3答案(1)BD(2)12.710
22、650解析(1)相邻亮条纹的间距x，要增加观察到的条纹个数，即减小x，需增大d或减小l，因此应将屏靠近双缝，或使用间距更大的双缝，B、D正确，A、C错误。(2)螺旋测微器读数为x212.5 mm0.0121.0 mm12.710 mm第1条亮条纹到第n条亮条纹间的距离为x，则相邻亮条纹间的距离x又x解得代入数据得650 nm。跟踪训练1.(2023福建漳州月考)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图4所示。图4(1)单缝宽度为h，双缝间距为d，双缝与屏距离为l，当采取下列四组数据中的哪一组时，可能在光屏上观察到清晰可辨的干涉条纹_(填正确答案标号)。A.h10 mm，d0.2 mm，
23、l10 cmB.h10 mm，d10 mm，l80 cmC.h1 mm，d0.2 mm，l80 cmD.h1 mm，d10 mm，l10 cm(2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图5所示，读数为_mm。图5(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图6所示。则在这种情况下波长的测量值_(填“大于”“小于”或“等于”)实际值。图6答案(1)C(2)4.945(3)大于解析(1)光通过单缝后需形成线光源，因此h必须比较小；根据x，双缝与屏的距离l越大，双缝间距d越小，干涉条纹间距越大，条纹越清晰，故选C。(2)手轮上分度值为0.01 mm，故读数为
24、4.5 mm44.50.01 mm4.945 mm。(3)条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值x实x测cos 为条纹与分划板中心刻线间的夹角，故x实x测，由x得波长的测量值大于实际值。考点二拓展创新实验例2 洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图7所示，单色光从单缝S射出，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。图7(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)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h0
25、.15 mm，单缝到光屏的距离D1.2 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_m(结果保留1位有效数字)。(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离_。A.将平面镜稍向上移动一些B.将平面镜稍向右移动一些C.将光屏稍向右移动一些D.将光源由红色光改为绿色光答案(1)S(2)6107(3)AC解析(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，S相当于另一个“缝”。(2)第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为x m2.53
26、103 m，等效双缝间的距离为d2h0.30 mm3.0104 m，根据双缝干涉条纹间距x，则有 m6107 m。(3)根据双缝干涉条纹间距x可知，仅增大D，仅减小d，仅增大波长，都能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离，所以A、C正确。1.如图1甲所示，为“用双缝干涉测光的波长”的实验装置。甲乙图1(1)如图乙为拨杆，下列安装和操作都正确的是_。A.拨杆A处丫字叉套在单缝所在处的支柱，手持拨杆的C端，通过左右拨动来调节B小孔套住的双缝B.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱，手持拨杆的C端，通过手的左右拨动来调节A处丫字叉套住的单缝C.拨杆B处小孔套在双缝所在处的支柱，手持拨杆的C端，通过手的上
27、下拨动来调节A处丫字叉套住的单缝(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_。A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用两缝之间间距更小的双缝答案(1)B (2)B解析(1)拨杆的作用是调整单缝的位置，使之与双缝平行，方法是手持拨杆的C端，左右拨动来调节丫字叉套住的单缝，在目镜中得到清晰的干涉图样，故B正确。(2)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，应减小干涉条纹间距，根据x可知，可增大双缝间距或减小双缝到屏的距离，故B正确，A、C、D错误。2.如图2甲所示：某同学对双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象：(1)图乙、图丙是光的条纹形状示意图，其中
28、干涉图样是_。甲图2(2)下述现象中能够观察到的是_。A.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽B.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽C.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄D.去掉滤光片后，干涉现象消失(3)如果测得第一条亮条纹中心与第六条亮条纹中心间距是11.550 mm，求得这种色光的波长为_m(已知双缝间距d0.2 mm，双缝到屏的距离l700 mm)。答案(1)乙 (2)AC (3)6.6107解析(1)双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度；衍射条纹特点是中间宽两边窄、中间亮、两边暗，且不等间距；根据此特点知乙图是干涉条纹。(2)根据双缝干涉条纹的间距
29、公式x知，将滤光片由蓝色的换成红色的，频率减小，波长变长，则干涉条纹间距变宽，故A正确；根据双缝干涉条纹的间距公式x，条纹间距与单缝和双缝之间的距离无关，故B错误；根据双缝干涉条纹的间距公式x，换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄，故C正确；去掉滤光片后，通过单缝与双缝的光成为白色光，白色光通过双缝后，仍然能发生干涉现象，故D错误。(3)相邻亮条纹的间距x mm2.31 mm 根据x得 m6.6107 m。3.某物理小组用如图3甲所示的实验装置测光的波长。甲(1)如图乙所示，将测量头的分划板中心刻线与A亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数x12.331 mm，然后同
30、方向转动测量头，使分划板中心刻线与B亮纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数x6_mm。图3(2)已知双缝间距d0.3 mm，双缝到屏的距离l1.2 m，由计算式_，可得所测光的波长为_m(计算式用题中出现的字母表示，波长保留2位有效数字)。(3)在其他操作都正确的前提下，下列操作中一定会使测量结果偏小的是_。A.数到第7条亮条纹时误记为第6条B.测量相邻两条亮条纹的间距作为xC.测量单缝到屏的距离作为lD.测间距时使分划板中心刻线与暗条纹中心对齐答案(1)15.376(15.37515.379范围内均可) (2)6.5107(3)C解析(1)由题图丙可知x615 mm37.60.01 mm15.376 mm。(2)相邻亮条纹间距离为x相邻亮条纹间距公式为x联立以上两式可得代入数据解得6.5107 m。(3)数到第7条亮条纹时误记为第6条，由表达式可知测量值偏大，故A不符合题意；测量相邻两条亮条纹的间距作为x，虽然没有通过累积法减小误差，但测量结果不一定偏小，也可能偏大，故B不符合题意；测量单缝到屏的距离作为l，即l比真实值偏大，根据表达式可知测量值偏小，故C符合题意；测间距时使分划板中心刻线与暗条纹中心对齐，由于明暗条纹宽度相同，所以该操作对实验结果无影响，故D不符合题意。