1、【 精品教育资源文库 】 第 4 讲 实验：测定玻璃的折射率实验：用双缝干涉测光的波长 基础巩固 1.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中 ,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面 aa、 bb与玻璃砖位置的关系分别如图 、 和 所示 ,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖 ,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确 ,且均以 aa、 bb为界面画光路图 ,则 (1)甲同学测得的折射率与真实值相比 (填 “ 偏大 ” 、 “ 偏小 ” 或 “ 不变 ”) 。 (2)乙同学测得的折射率与真实值相比 (填 “ 偏大 ” 、 “ 偏小 ” 或 “ 不变 ”) 。 (3)丙同学测得的折 射率与真实值相比
2、。 2.如图 1所示 ,在测量玻璃折射率的实验中 ,两位同学先在白纸上放好截面是正三角形 ABC的三棱镜 ,并确定 AB 和 AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线 ,并在线上竖直插上两枚大头针 P1和 P2,再从棱镜的右侧观察 P1和 P2的像。 图 1 图 2 此后正确的操作步骤是 。 (选填选项前的字母 ) A.插上大头针 P3,使 P3挡住 P2的像 B.插上大头针 P3,使 P3挡住 P1、 P2的像 C.插上大头针 P4,使 P4挡住 P3的像 D.插上大头针 P4,使 P4挡住 P3和 P1、 P2的像 正 确完成上述操作后 ,在纸上标出大头针 P3、 P4的位置 (图中已
3、标出 )。为测量该种玻璃的折射率 ,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线 ,如图 2甲、乙所示。在图 2中能够仅通过测量 ED、 FG的长度便可正确计算出折射率的是图 (选填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ”), 所测玻璃折射率的表达式 n= (用代表线段长度的字母 ED、 FG表示 )。 【 精品教育资源文库 】 3.2017 北京丰台二模 ,21(1)某同学利用 “ 双缝干涉实验装置 ” 测定红光的波长。已知双缝间距为 d,双缝到屏的距离为 L,将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐 ,并将该条 纹记为第 1亮条纹 ,其示数如图所示 ,此时的示数为 mm。然后转动测量头
4、 ,使分划板中心刻线与第 5亮条纹的中心对齐 ,读出示数 ,并计算第 5亮条纹与第 1亮条纹的中心线间距离为 x 。由此可得该红光的波长表达式为 (用字母表达 )。 4.2017 北京海淀零模 ,21(1)如图甲所示 ,在 “ 用双缝干涉测光的波长 ” 实验中 ,将实验仪器按要求安装在光具座上 ,并选用缝间距 d=0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知 ,像屏与双缝屏间的距离 L= 700 mm。然后 ,接通电源使光源正常工作。 甲 已知测量头上 主尺的分度值是 1毫米 ,副尺 (游标尺 )上有 20个小格。某同学调整手轮后 ,从测量头的目镜看去 ,使分划板中心刻线与某条纹 A中心对齐
5、,如图乙所示 ,此时测量头上主尺和副尺的示数情况如图丙所示 ,此示数为 mm;接着再转动手轮 ,使分划板中心刻线与某条纹 B中心对齐 ,测得 A到 B条纹间的距离为 8.40 mm。利用上述测量结果 ,经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长 = m(保留 2位有效数字 )。 另一同学按实验装置安装好仪器后 ,观察到光的干涉现象效果很好。若他对实验装置做了一下改动后 ,在像屏上仍能观察到清晰的条纹 ,且条纹数目有所增加。以下改动可能实现这个效果的是 。 A.仅将滤光片移至单缝和双缝之间 B.仅将单缝远离双缝移动少许 C.仅将单缝与双缝的位置互换 【 精品教育资源文库 】 D.仅将红色滤光片换成
6、绿色的滤光片 5.“ 用双缝干涉测量光的波长 ” 的实验装置如图甲所示。测量头由分划板、目镜、手轮等构成 ,已知双缝与屏的距离为 L,双缝间距为 d。 丙 如图乙所示 ,移动测量头上的手轮 ,使分划板的中心刻线对准第 1条亮纹的中心 ,记下此时手轮上螺旋测微器的读数 x1。转动测量头 ,使分划板的中心刻线向右移动对准第 4条亮纹的中心 ,此时手轮上螺旋测微器的读数 x2如图丙所示 ,则读数 x2= mm; 已知双缝与屏的距离为 L,双缝间距为 d。计算波长的公式 = ;(用题目中给出的字母表示 ) 对于某种单色光 ,为增加相邻亮纹间的距离 ,可采取 或 的方法。 综合提能 1.某校开展研究性学
7、习 ,某研究小组根据光学知识 ,设计了一个测液体折射率的仪器。如图所示 ,在一个圆盘上 ,过其圆心 O作两条相互垂直的直径 BC、 EF。在半径 OA上 ,垂直盘面插上两枚大头针 P1、 P2并保持位置不变。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,在圆周 EC 部分插上 P3,使 P3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 ,就可以直接读出液体折射率的值。 【 精品教育资源文库 】 (1)若 AOF=30,OP 3与 O
8、C 之间的夹角为 30, 则 P3处刻的折射率的值为 。 (2)图中 P3、 P4两处 ,对应折射率大的是 。 (3)做 AO的延长线交圆周于 K,K处对应的折射率为 。 2.在 “ 用双缝干涉测光的波长 ” 实 验中 : (1)实验装置采用双缝干涉仪 ,它由各部分光学元件在光具座上组成 ,现准备了下列仪器 :A.光源 ,B.双缝片 ,C.单缝片 ,D.滤光片 ,E.光屏 (其中双缝片和光屏连在遮光筒上 )。 把以上仪器安装在光具座上时 ,正确的排列顺序是 。 (2)(多选 )关于本实验 ,正确的说法是 ( ) A.实验时应调节各器件中心共轴 ,并且单缝和双缝的缝应相互平行 B.观察到的白光的
9、干涉图样是 :可以看到彩色的干涉条纹 ,中央为一条白亮的零级干涉条纹 ;彩色条纹的排列 ,以零级亮条纹为中心左右对称 ,在第一级亮条纹中紫色在最外侧 C.看 到白光的干涉条纹后 ,在单缝前面放上红色或绿色滤光片 ,即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹 ,且红条纹的间距比绿条纹的间距大 D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数 【 精品教育资源文库 】 答案精解精析 基础巩固 1. 答案 (1)偏小 (2)不变 (3)可能偏大、可能偏小、可能不变 解析 (1)用图 测定折射率时 ,会导致玻璃中折射光线偏折小了 ,所以折射角增大 ,折射率减小。 (2)用图 测折射率时 ,只要操
10、作正确 ,折射率与玻璃砖形状无关。 (3)用图 测折射率时 ,因为界面 bb部分在玻璃砖外侧 ,部分在内侧 ,故无法确定折射光线偏折的大小 ,所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变。 2. 答案 BD 乙 解析 在棱镜的左侧画出一条直线 ,并在线上竖直插上两枚大头针 P1和 P2,确定入射光线 ,然后在棱镜的右侧插上大头针 P3,使 P3挡住 P1、 P2的像 ,再插上大头针 P4,使 P4挡住 P3和 P1、 P2的像 ,从而确定出射光线。 设 AB 界面入射光线的入射角为 , 折射角为 , 根据折射规律得 n= ,根据几何关系有 :对于甲图 ,sin = ,sin = ,对于乙图 ,
11、sin = ,sin = ,可知仅通过测量 ED、FG 的长度便可正确计算出折射率的是图乙 ,折射率 n= = 。 3. 答案 2.430(2.4282.432) = x 解析 读数为 :2 mm+0.0143.0 mm=2.430 mm, = , 得 := d。 4. 答案 0.25 4.810 -7 D 解析 游标尺上有 20个小格 ,精确度为 0.05 mm,游标尺上第五条刻线对齐主尺上某条刻线 ,则示数为0.055 mm=0.25 mm 。 相邻亮 (暗 )条纹间距 x= m= , 解得 =4.810 -7 m。 【 精品教育资源文库 】 若条纹数目增加 ,则相邻亮 (暗 )条纹间距
12、 x 变小 ,由 x= 知 ,仅将红色滤光片换成绿色滤光片 , 变小 ,则 x 变小。 5. 答案 1.700 减小双缝间距离 增大双缝到屏的距离 解析 (1) 固定刻度读数 “1.5”, 可动刻度读数 “20.0”, 故 x2=1.5 mm+20.00.01 mm=1.700 mm 。 由 x= ,x= ,可得 = 。 由 x= 可知 ,对于某种单色光 ,若要增加相邻亮纹间的距离 ,可以减小双缝间距离 ,或增大双缝到屏的距离。 综合提能 1.答案 (1) 或 1.73 (2)P4 (3)1 解析 (1)根据折射定律有 n= ,题中 1=EOP 3= -COP 3=60, 2=AOF=30,
13、所以n= = 1.73 。 (2)在折射角相同的情况下 ,图中 P4对应的 EOP 4大于 P3所对应的 EOP 3,所以 P4处对应的折射率大。 (3)因 A、 O、 K在一条直线上 ,入射角等于折射角 ,所以 K处对应的折射率应为 1。 2.答案 (1)ADCBE(或 EBCDA) (2)ACD 解析 (1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确顺序为 :光源、滤光片、单缝片、双缝片、光屏 ,或把它们全部倒过来也可 ,因此 ,答案为 ADCBE或 EBCDA。 (2)实验时应使各器件的中心位于遮光筒的轴线上 ,且使单缝与双缝平行 ,A 正确 ;白光的干涉图样是彩色条纹 ,中央为白色亮条纹 ,在第一级亮条纹中红色在最外侧 ,B 错误 ;由 x= 得红条纹的间距大于绿条纹的间距 ,C 正确 ;为了减小误差 ,应使分划板的中心刻线对齐条纹中心再读数 ,D 正确。
