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1、2024版高考物理一轮复习第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论实验十六测定玻璃的折射率学案新人教版实验十六测定玻璃的折射率一、实验目的测定玻璃的折射率。二、实验原理如图所示，用插针法找出入射光线AO对应的出射光线OB，确定出射点O，画出折射光线OO，然后测量出入射角1和折射角2，根据n计算玻璃的折射率。三、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、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)。太大时反射光较强，出射光较弱；太小时入射角、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学
2、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。4数据处理的三种方法(1)单位圆法：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EH，如图所示。sin 1，sin 2，OEOER，则n。只要用刻度尺测出EH，EH的长度就可以求出n。(2)计算法：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。算出不同入射角时的，并取平均值。(3)图像法：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin 1sin 2图像，由n可知图像为直线，如图所示，其斜率即为折射率。核心
3、考点重点突破HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO考点一教材原型实验例1(2020北京十三中月考)某同学在“测定玻璃的折射率”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OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。(1)该同学接下来要完成的必要步骤有BD。A插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像B插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像C插上大头针P4，使P4仅挡住P3D插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像(2)过P3、P4作直线交bb于O，过O作垂直于bb的直线NN，连
4、接OO。测量图甲中角和的大小，则玻璃的折射率n。(3)该同学在实验中将玻璃砖界面aa和bb的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值小于(填“大于”“小于”或“等于”)准确值。解析(1)确定大头针P3的位置的方法是大头针P3能挡住P1、P2的像，则P3必定在出射光线方向上。确定大头针P4的位置的方法是大头针P4能挡住P1、P2的像和P3，故选B、D。(2)测定玻璃折射率的原理是折射定律，则玻璃的折射率为n。(3)作图时，玻璃砖应与所画的边界对齐。该同学的做法中，测量出的角偏大，导致折射率的测量值偏小。考点二实验拓展创新本实验的常见创新如下实验设计的创新利用激光笔结合标尺分析光点的位置变化
5、替代插针法实验器材的创新由测液体的折射率替代测玻璃砖的折射率例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距离d110.00 cm，玻璃砖厚度d24.00 cm。玻璃的折射率n1.2，光在玻璃中传播速度v2.5108m/s(光在真空中传播速度c3.0108 m/s，结果均保留两位有效数字)。解析作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i45，设
6、折射角为r，则tan r，故折射率n1.2，故v2.5108 m/s。2年高考1年模拟2 NIAN GAO KAO 1 NIAN MO NI(2019天津卷9(2)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。下列哪些措施能够提高实验准确程度AD。A选用两光学表面间距大的玻璃砖B选用两光学表面平行的玻璃砖C选用粗的大头针完成实验D插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是D。该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入
7、射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n。(用图中线段的字母表示)解析(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故选项B、C错误。(2)两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D。(3)玻璃的折射率n，又sin i，sin r，故n。实验十七用双缝干涉测光的波长一、实验目
8、的1了解光波产生稳定的干涉现象的条件。2观察白光和单色光的双缝干涉图样。3测定单色光的波长。二、实验原理相邻两条明条纹间距x与入射光波长，双缝S1、S2间距d及双缝与屏的距离l满足的关系式为x。三、实验器材双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。四、实验步骤(1)安装仪器：将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。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。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。调单缝与双缝间距为510 cm时，观察白光的干涉条纹。
9、在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。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条相邻的明条纹中心对齐时，记下手轮上的刻度数a2，则相邻两条纹间的距离x。换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。(3)数据处理：用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式x计算波长，重复测量、计算，求出波长的平均值。五、注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光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
10、线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。(4)不要直接测x，要测几个条纹的间距，计算得x，这样可以减小误差。(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外边。特别提醒：(1)实验中滤光片的作用是获得单色光，要测量某种单色光的波长，实验中必须使用滤光片。(2)单缝相当于一个单色光光源，双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源。核心考点重点突破HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO考点实验原理及数据分析例(2020河北承德第一中学月考)在“用双缝
11、干涉测光的波长”实验中，装置如图甲所示。甲(1)对于单色光，下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是BC。A把向左侧移动少许B把向右侧移动少许C将绿色滤光片改为红色滤光片D增大双缝之间的距离(2)将测量头的分划板中心刻度线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示。然后转动测量头，使分划板中心刻度线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为13.870 mm，求得相邻亮纹的间距x为2.310 mm。(3)已知双缝间距为0.2 mm，双缝到屏的距离为0.7 m，则所测光的波长为660 nm。解析(1)是单缝，把向左侧移动少许，由x可知，条纹间距不变，故A错
12、误；是光屏，把向右侧移动少许，L变大，条纹间距变大，故B正确；将绿色滤光片改为红色滤光片，波长变大，条纹间距变大，故C正确；增大双缝之间的距离d，条纹间距减小，故D错误。(2)由题图乙可知，螺旋测微器示数为x12 mm32.00.01 mm2.320 mm。由题图丙可知，螺旋测微器示数为x213.5 mm37.00.01 mm13.870 mm，条纹间距x mm2.310 mm。(3)由双缝干涉条纹间距公式x可知，波长 m6.6107 m660 nm。2年高考1年模拟2 NIAN GAO KAO 1 NIAN MO NI(2019全国卷，34(2)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时
13、，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可B。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使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为x，则单色光的波长。(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为 7.56 mm。则所测单色光的波长为630 nm(结果保留3位有效数字)。解析(1)相邻明(暗)干涉条纹的宽度x，要增加观察到的条纹个数，
14、即减小x，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，选项B正确。(2)第1条到第n条暗条纹间的距离为x，则相邻暗条纹间的距离x，又x，解得。(3)由，代入数据解得630 nm。实验十五用单摆测定重力加速度一、实验目的1练习使用秒表和刻度尺、测单摆的周期。2用单摆测重力加速度的大小。二、实验原理当偏角很小时，单摆做简谐运动，其运动周期为T2，它与偏角的大小及摆球的质量无关，由此得到g。因此，只要测出摆长l和振动周期T，就可以求出当地的重力加速度g的值。三、实验器材带有铁夹的铁架台、中心有小孔的金属小球、不易伸长的细线(约1 m)、秒表、毫米刻度尺和游标卡尺。四、实验步骤1让细线的一端穿过
15、金属小球的小孔，然后打一个比小孔大一些的线结，做成单摆。2把细线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处做上标记，如图所示。3测摆长：用毫米刻度尺量出摆线长L(精确到毫米)，用游标卡尺测出摆球直径D，则单摆的摆长lL。4测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于5)，然后释放摆球，记下单摆摆动3050次的总时间，算出平均每摆动一次的时间，即为单摆的振动周期。5改变摆长，重做几次实验。 五、数据处理1公式法：测出30次或50次全振动的时间t，利用T求出周期；不改变摆长，反复测量三次，算出三次测得的周期的平均值，然后利用公式g求重力加速
16、度。2图像法：由单摆周期公式不难推出：lT2，因此，分别测出一系列摆长l对应的周期T，作lT2的图像，图像应是一条通过原点的直线，如图所示，求出图线的斜率k，即可利用g42k求重力加速度。六、误差分析1系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求。即：悬点是否固定，摆球是否可视为质点，球、线是否符合要求，振幅是否足够小，摆动是圆锥摆还是在同一竖直平面内振动以及测量哪段长度作为摆长等。2偶然误差主要来自时间(即单摆周期)的测量。因此，要注意测准时间(周期)，要从摆球通过平衡位置开始计时，并采用倒计时计数的方法，即4,3,2,1,0在数“0”的同时按下秒表开始计时。不能多计或漏计振动次数。为了减小偶
17、然误差，应多次测量后取平均值。 七、注意事项1悬线顶端不能晃动，需用夹子夹住，保证悬点固定。2单摆必须在同一平面内振动，且摆角小于5。3选择在摆球摆到平衡位置处时开始计时，并数准全振动的次数。4摆球自然下垂时，用毫米刻度尺量出悬线长L。核心考点重点突破HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO考点一教材原型实验例1(2020北京门头沟区一模)在“用单摆测量重力加速度的大小”的实验中：(1)安装好实验装置后，先用游标卡尺测量摆球直径d，测量的示数如图甲所示，则摆球直径d1.84 cm，再测量摆线长l，则单摆摆长Ll(用d、l表示)。甲(2)摆球摆动稳定后，当它到达最低点(填
18、“最低点”或“最高点”)时启动停表开始计时，并记录此后摆球再次经过最低点的次数n(n60、59、58)，当n0时刚好停表停止计时，示数如图乙所示，其读数为67.5s，该单摆的周期为T2.25s(周期要求保留三位有效数字)。乙(3)计算重力加速度测量值的表达式为g(用T、L表示)，如果测量值小于真实值，可能原因是AC。A将摆球经过最低点的次数n计少了B计时开始时，停表启动稍晚C将摆线长当成了摆长D将摆线长和球的直径之和当成了摆长(4)正确测量不同摆长L及相应的单摆周期T，并在坐标纸上画出T2与L的关系图线，如图丙所示，由图线算出重力加速度的大小g9.86 m/s2(结果保留三位有效数字，计算时2
19、取9.86)。丙解析(1)摆球直径d1.8 cm0.1 mm41.84 cm；单摆摆长Ll。(2)摆球摆动稳定后，当它到达最低点时启动停表开始计时，并记录此后摆球再次经过最低点的次数n(n60,59，58)；当n0时刚好停表停止计时，读数为67.5 s；该单摆的周期为T s2.25 s。(3)根据T2可得重力加速度测量值的表达式为g。将摆球经过最低点的次数n计少了，则计算周期T偏大，则g测量值偏小，选项A正确；计时开始时，停表启动稍晚，则周期测量值偏小，则g测量值偏大，选项B错误；将摆线长当成了摆长，则L偏小，则g测量值偏小，选项C正确；将摆线长和球的直径之和当成了摆长，则L偏大，则g测量值偏
20、大，选项D错误。(4)根据T2可得T2L，由题图丙可知斜率k4，解得g9.86 m/s2。考点二实验拓展创新本实验的常见创新角度如下：实验器材的创新1根据光敏电阻阻值随光照变化的特点，利用自动记录仪记录电阻的变化特点。2利用电阻变化图像分析周期。用磁性小球和磁传感器采集信息，测量单摆周期替代用秒表查数。实验设计的创新1将单摆设计成复摆。2根据复摆的周期和半径的关系，利用图像斜率和截距分析数据。例2在“利用单摆测重力加速度”的实验中：(1)某同学尝试用DIS测量周期。如图所示，用一个磁性小球代替原先的摆球，在单摆下方放置一个磁传感器，其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方。图中磁传感器的引出端A应接到数
21、据采集器。使单摆做小角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位于最低点。若测得连续N个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t，则单摆周期的测量值为(地磁场和磁传感器的影响可忽略)。(2)多次改变摆长使单摆做小角度摆动，测量摆长L及相应的周期T。此后，分别取L和T的对数，所得到的lg Tlg L图线为直线(选填“直线”“对数曲线”或“指数曲线”)；读得图线与纵轴交点的纵坐标为c，由此得到该地重力加速度g。解析(1)磁传感器的引出端A应接到数据采集器，从而采集数据。单摆做小角度摆动，当磁感应强度测量值最大时，磁性小球位于最低点(或平衡位置)。若测得连续N个磁感应强度最大值之间的时间间隔为t，则单摆
22、周期的测量值为。(2)由T2可知lg T lg lg L，故lg Tlg L图线为直线。由题意可知lg c，故g。2年高考1年模拟2 NIAN GAO KAO 1 NIAN MO NI(2020河北承德一中月考)(1)某实验小组同学在做“利用单摆测重力加速度”的实验时，为了减小测量周期的误差，摆球应在经过最低(填“高”或“低”)点的位置时开始计时，并计数为1，摆球每次通过该位置时计数加1，当计数为63时，所用的时间为t，则单摆周期为。实验时某同学测得的g值偏大，其原因可能是C。A实验室的海拔太高B摆球太重C测出n次全振动时间为t，误作为n1次全振动时间进行计算D摆线上端未牢固地系于悬点，振动中
23、出现了松动，使摆线长度增加了甲乙(2)另一组同学在测量单摆的周期时，用停表记下了单摆做50次全振动的时间，如图甲所示，停表的读数为95.1 s。该组同学经测量得到4组摆长L和对应的周期T，画出LT2图线，然后在图线上选取A、B两个点，并通过其坐标计算出直线斜率为k，则当地重力加速度的表达式g42k。处理完数据后，小组同学发现在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径，这样不影响(填“影响”或“不影响”)重力加速度的计算。解析(1)摆球经过最低点的位置时速度最大，在相等的距离误差上引起的时间误差最小，测得周期误差最小，所以为了减小测量周期的误差，从摆球经过最低点的位置时开始计时，由题分析可知，
24、单摆全振动的次数为N31，则周期为T。由单摆周期公式T2可知g，海拔太高时，重力加速度的值较小，故A错误；摆球的重力越大，空气阻力的影响越小，误差越小，故B错误；实验中误将n次全振动计为n1次，根据T，则周期偏小，g值偏大，故C正确；摆线上端未牢固地系于悬点，振动中出现松动，使摆线长度增加了但记录摆长短了，依据g可知测得的g值偏小，故D错误。(2)由图示停表可知，分针示数为60 s，秒针示数为35.1 s，停表读数t60 s35.1 s95.1 s。由T2得LT2，则LT2图像的斜率k，则当地重力加速度的表达式g42k，在计算摆长时用的是摆线长度而未计入小球的半径，LT2图像的斜率不变，这样不影响重力加速度的计算。- 14 -