河北省高考物理一轮总复习-光学-第70讲-实验：测定玻璃的折射率--旧人教版.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第70讲 试验：测定玻璃折射率,用双缝干涉测光波长,自主扎实基础,自主预习轻松过关,名师点金,本讲内容是两个光学试验，在复习时首先要重视试验原理，对其深刻了解和熟练掌握.试验方法和步骤、仪器选择、数据处理等一切与试验相关问题都是从试验原理中派生出来，只要抓住试验原理，许多问题就会迎刃而解；,第1页,其次，加强试验操作训练，动手操作是试验主体，没有操作过程就没有试验；第三，学会分析误差起源，知道怎样减小误差.,知识梳理,（一）测定玻璃折射率,一、试验目标,1.测定玻璃折射率.,2.了解用插针法确定光路原理.,二、试验原理,如图70-1所表示，确定经过玻璃折射光线，是经过插针法找出跟入射光线,AO,对应出射光线,OB,就能求出折射光线,第2页,OO,和折射角,2,，再依据折射定律就可计,算出玻璃折射率.其中，,注意：插针法测定介质折射率，,也适合用于测定截面为圆形、半圆形、梯,形、三角形等形状介质折射率.,三、试验器材,玻璃砖、白纸、木板、大头钉、图钉、三角板（或刻度尺）、量角器、铅笔.,四、试验步骤,1.如图70-1所表示，将白纸用图钉按在木板上，先在白纸上画出一条直线,aa,作为界面.过,aa,上一点,O,画出界面法,图,70-1,第3页,线,NN,，并画一条线段,AO,作为入射光线.,2.把长方形玻璃砖平放在白纸上，使它长边跟,aa,对齐，画出玻璃砖另一条长边,bb,.,3.在线段,AO,上竖直地插上两枚大头针,P,1,、,P,2,，透过玻璃砖观察大头针,P,1,、,P,2,像，调整视线方向，直到,P,1,像被,P,2,挡住.再在观察这一侧插两枚大头针,P,3,、,P,4,，使,P,3,挡住,P,1,、,P,2,像，,P,4,挡住,P,3,及,P,1,、,P,2,像，记下,P,3,、,P,4,位置.,4.移去大头针和玻璃砖.过,P,3,、,P,4,引直线,O,B,与,bb,交于,O,，直线,O,B,就代表了沿,AO,方向入射光线透过玻璃砖后传输方向.连接,OO,，入射角,1AON,折射角,2,=,O,ON,.,5.用量角器量出入射角和折射角，查出它们正弦值，将数据填入表格中.,第4页,6.用上述方法求出入射角分别是15、30、45、60、75时折射角，并查出它们正弦值，填入表格中.,7.依据求出每次测得,n,值，然后再求出它们算术平均值，填入表格中.,第5页,五、注意事项,1.选择较厚玻璃砖.,2.大头针,P,1,与,P,2,间距，,P,3,与,P,4,间距应较大些.,3.入射角不能太大，也不能太小，应在1575之间.,4.玻璃砖折射面要画准.,5.大头针要插得竖直.,（二）用双缝干涉测光波长,一、试验目标,1.了解产生稳定干涉现象条件.,2.观察白光及单色光双缝干涉图样.,3.测定光波长.,二、试验原理,第6页,1.光源发出光经滤光片后成为单色光.单色光经过单缝后，相当于线光源，经双缝在屏上产生稳定干涉图样.,2.依据公式可计算波长，其中,d,是双缝间距离，,l,是双缝到屏距离，能够用米尺测出；,x,是相邻两条亮（暗）纹间距离，用测量头测出（如图70-2所表示）.,图70-2,3.测量头由分划板、目镜、手轮等组成.转动手轮，分划板会左右移动.测量时，应使分划板中心刻线对齐条,纹中心,第7页,（如图70-3所表示），记下此时手轮上读,数，再转动手轮，使分划板中心刻线对齐,另一条纹中心，记下此时手轮上读数.,两次读数之差就表示这两条条纹间距,离.测量头读数方法与螺旋测微器相同.,图70-3,三、试验器材,双缝干涉仪（如图70-4所表示）、有毫米刻度尺米尺、测量头.,图70-4,第8页,四、试验步骤,1.把直径约10 cm、长约1 m遮光筒水平放在光具座上，筒一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏.,2.取下双缝，打开光源，调整光源高度，使它发出光线能够沿着遮光筒轴线把屏照亮.,3.放好单缝和双缝，单缝和双缝间距离约为5 cm10 cm,使单缝和双缝相互平行，且它们中心大致位于遮光筒中心轴线上.这时在屏上观察白光双缝干涉图样.,4.在单缝和光源间放上滤光片就可见到单色片双缝干涉图样，分别改变滤光片和双缝，观察干涉图样改变.,5.用测量头测出,n,条亮（暗）纹间距离,a,就能够求出相邻两条亮（暗）纹间距离,第9页,6.用米尺测出双缝到屏距离,l,.,7.已知双缝间距,d,由 计算单色光波长.,8.换用不一样颜色滤光片，观察干涉条纹间距离有什么改变，并求出对应波长.,五、试验注意事项与误差分析,1.双缝干涉仪是比较精密仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件.,2.安装时，注意调整光源、滤光片、单缝、双缝中心均在遮光筒中心轴线上，并使单缝、双缝平行.,3.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近.,4.为了减小测量相邻两亮条纹间距,x,误差，要采取测多条亮纹间距方法.,第10页,创新方法探究,提炼方法展示技巧,题型方法,一试验数据创新处理,例1,在“测定玻璃折射率”试验中，在没有量角器情况下，怎样计算玻璃折射率？,【解析】,有以下两种方法：,方法一能够借助直尺和圆规共同来,完成如图甲所表示，以入射点,O,为圆心，,以适当长（如,OB,）为半径画圆，与入,射光线和折射光线分别交于,A,、,B,，从,A,、,B,分别向法线作垂线，分别交法线,甲,于,M,、,N,，则折射率为:,第11页,所以只要用刻度尺量出,AM,、,BN,长度，就能够算出折射率了,方法二能够借助直尺来完成如,图乙所表示，过B点作上表面垂线，,交上表面于,M,，延长,AO,至与BM交于,N,，则折射率为:,乙,第12页,所以只要用刻度尺量出,OBON,长度，就能够算出折,射率了,【答案】,略,.,【点评】,用量角器测出入射角与出射角，普通误差较大，而且还需要经过查表求其正弦值将角度测量转化为长度测量之后，可有效地减小误差，且方便实用,例2,在某次“用双缝干涉测光波长”试验中，已知双缝到光屏之间距离是600 mm，双缝之间距离是0.20 mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第1条）中心，这时手轮上示数如图70-5甲所表示然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹中心，这时手轮上示数如图,第13页,70-5乙所表示这两次示数依次为mm和mm.由此能够计算出这次试验中所测得单色光波长为nm.（结果保留三位有效数字）,图70-5,【解析】,测量头就是螺旋测微器，对于第一次第1条亮纹中心对应示数，从固定刻度读出0.5 mm,可动刻度读出14.10.01 mm=0.141mm，故总示数为：0.5mm+0.141 mm=0.641mm；第二次第7条亮纹中心对应示数可按照一样方法读出为10.293 mm.所以六条亮纹总间距即两次读,第14页,数之差9.652mm，可求得相邻亮纹中心距离,x,1.609 mm，再由 算出波长为536 nm.,【答案】,0.64110.293536,【点评】,由,计算波长时，双缝间距d是已知，缝,屏间距离l可由米尺测出，相邻亮纹中心距离x需要用测量头来测量分划板中心刻线能否对齐干涉条纹，对测量结果影响很大，因为明暗条纹单线不很清楚，测量时应对齐干涉明（或暗）条纹中心.方法以下：把明（或暗）条纹嵌在分划板两根短刻线之间，使条纹两边边缘与短刻线距离相等，这时，中心刻线就对齐在条纹中心.为减小测量误差，应重复测几次，取其平均值.,二、试验器材创新应用,第15页,例3,一块玻璃砖有两个相互平行,表面，其中一个表面是镀银（光,线不能经过表面）现要测定此玻璃,折射率,给定器材还有：白纸、铅,笔、大头针4枚（,P,1,、,P,2,、,P,3,、,P,4,）、,图70-6甲,带有刻度直角三角板、量角器试验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行平面与纸面垂直在纸面上画出直线,aa,和,bb,，,aa,表示镀银玻璃表面，,bb,表示另一表面，如图70-6甲所表示然后，在白纸上竖直插上两枚大头针,P,1,、,P,2,（位置如图）用,P,1,、,P,2,连线表示入射光线,(1)为了测量折射率，应怎样正确使用大头针,P,3,、,P,4,？试在图中标出,P,3,、,P,4,位置,第16页,(2)然后，移去玻璃砖与大头针试在题图中经过作图方法标出光线从空气到玻璃中入射角,1,与折射角,2,简明写出作图步骤,(3)写出用,1,、,2,表示折射率公式.,【解析】,(1)在b一侧观察,P,1,、,P,2,（经,bb,折射、,aa,反射，再经,bb,折射后）像在适当位置插上,P,3,，使得,P,3,与,P,1,、,P,2,像在一条直线上，即让,P,3,挡住,P,1,、,P,2,像；再插上,P,4,，让它挡住,P,1,、,P,2,像和,P,3,P,3,、P,4,位置如图70-6乙所表示.,(2)作图步骤以下：,过,P,1,、,P,2,作直线与,bb,交于,O,；,过,P,3,、,P,4,作直线与,bb,交于,O,；,图70-6乙,第17页,利用刻度尺找到,OO,中点,M,；,过,O,点作,bb,垂线,CD,，过,M,点作,bb,垂线与,aa,相交于,N,点，如图70-6乙所表示，连接,O,、,N,；,P,1,OD,=,1,，,CON,=,2,.,(3)入射角,P,1,OD,=,1,，出射角,CON,=,2,，则折射率公式为:,【答案】,略,【点评】,试验室中所使用玻璃砖两个相互平行表面均是透明，而本例中将其中一个表面是镀银（光线不能经过表面），经过试验器材创新，使得试验过程中光路创新将“折射折射”光路改变为“折射反射折射”光路.,第18页,三、试验误差对比分析,例4,在做“测定玻璃折射率”试验时，某同学在画玻璃砖两个界面,ab,和,cd,时，分别在入射点、折射点将,ab,、,cd,顺时针转了一个小角度，如图70-7甲所表示，则测出折射率,n,将怎样改变？,图70-7,【解析】,作出法线，如图70-7乙，可看出，,ab,、,cd,顺时针旋转了一个小角度,，设实际入射角为,i,，折射角为,r,，实际,第19页,折射率为,n,，测得折射率为,n,，由图70-7乙及折射率定义，得：,故,即,n,n,，测得折射率偏小.,【答案】,偏小,【点评】,因为本试验是先确定入射光线和折射光线，再结合界面和法线，找到对应入射角和折射角，即可按定义求出折射率所以，在进行误差分析时，关键就是确定入射角和折射角与实际情况相比发生了怎样改变，即可判断折射率是偏大还是偏小.,第20页,体验成功,1.,（年衡水中学检测）,若把杨氏双缝干涉试验改在水中进行，其它条件不变，则得到干涉条纹间距将（）,A.变大B.变小C.不变D.不能确定,【解析】,光在水中波长小于在空气中波长，由条纹间距公式,x,=,知，,x,，选项B正确.,【答案】,B,2.,（年金华一中模拟）,对于,“测定玻璃折射率”试验.,(1)试验中光路如图70-8甲所表示,实,验步骤以下，请你按正确次序重新排列：_.,图70-8甲,第21页,A.用公式算出不一样入射角时折射率，看是否近于一个常数，求出几次试验中测得,n,平均值.,B.用图钉将白纸钉在平木板上，在白纸上画一直线,aa,作为界面，经过,aa,上一点O画出法线,NN,，并画一条线段,AO,作为入射光线，使入射角,=,AON,=30,然后将玻璃砖放在白纸上，使它长边跟,aa,对齐，画出玻璃砖另一界面,bb,.,C.移去大头针和玻璃砖过,P,3,、,P,4,引一直线,OB,，连接,O,、,O,，就是折射光线方向，用量角器量出折射角,=,OON,.,D.用一样方法找出入射角是45、60、75时折射角，查出正弦值并记入表中 .,第22页,E.在线段,AO,上竖直地插上两枚大头针,P,1,、,P,2,，透过玻璃,砖观察大头针像，调整视线直到,P,2,像挡住,P,1,像，再在观察这一边竖直插上两枚大头针,P,3,、,P,4,，使,P,3,挡住,P,1,、,P,2,像，,P,4,挡住,P,3,和,P,1,、,P,2,像.记下,P,3,、,P,4,位置.,(2)假设试验中得到了如图70-8乙所表示,光路.为了测量入射角和折射角，作法线,时将法线画得与界面不垂直，由这么量得,角,i,和,r,算出折射率与真实值相比较.,(填“偏大”、“偏小”或“不变”）,图70-8乙,【答案】,（1）BECDA（2）偏小,3.,（年河南漯河五高检测）,如图70-9甲所表示，在,第23页,“用双缝干涉测光波长”试验中，,图70-9甲,(1)光具座上放置光学元件依次为：光源、_、_、_、遮光筒、光屏.,(2)假如将灯泡换成激光光源，该试验照样能够完成，并测出光波波长.这时能够去掉部件是_（填数字代号）.,(,3)转动测量头手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，手轮示数如图70-9乙所表示；继续转动手轮，使分划板,第24页,中心刻线对准第10条亮纹，手轮示数如图70-9丙所表示，则,条纹间距是_ mm.,图70-9,(4)假如已经测得双缝间距是0.30 mm、双缝和光屏之间距离是1 m，则待测光波长是m.（结果保留三位有效数字）,【答案】,（1）滤光片单缝双缝,（2）,（3）1.55(提醒:),第25页,（4）4.6510-7(提醒:),金典预测演练,经典创新展望高考,1.某同学安装好试验装置仪器后，成功观察到光干涉现象.若他在此基础上对仪器安装做以下改动，还能使试验成功操作是(),A.将遮光筒内光屏向靠近双缝方向移动少许，其它不动,B.将滤光片移至单缝和双缝之间，其它不动,C.将单缝向双缝移动少许多，其它不动,D.将单缝与双缝位置交换，其它不动,【解析】,干涉条纹是双缝发出光叠加结果，双缝后面区域处处存在，所以屏前后移动，条纹依然有；单缝是,第26页,点光源，距双缝距离稍微改变仍能引发双缝后面叠加区域干,到两缝上光仍是振动情况完全一样光源,故选项B正确；将单缝与双缝交换，失去了产生干涉条件，即没有相干光源,故选项D错.,【答案】,ABC,2.某同学在做“测定玻璃折射,率”试验中，操作时将玻璃砖界限,aa、bb画好后误用另一块宽度稍窄,玻璃砖，如图甲所表示.试验中除仍用原界,甲,线外，其它操作都正确.则所测玻璃折射率将(),A.偏大 B.偏小 C.不变 D.不能确定,【解析】,如图乙所表示，光线实际上在A点发生折射，折,第27页,射光线为,AO,O,为出射点.该同学以,O,为折射点，折射光线,OO,，折射角为,实际上折射角为,r,=,.故所测折射率偏小.,乙,【答案】,B,3.某同学在做双缝干涉试验中，安装好试验装置后，在光屏上却观察不到干涉图样，这可能是因为（）,A.光束中央轴线与遮光筒中心轴线不一致，相差较大,第28页,B.没有安装滤光片,C.单缝与双缝不平行,D.光源发出光束太强,【解析】,安装试验器件时要注意：光束中央轴线与遮光筒轴线要重合，光源与光屏正面相对，滤光片、单缝和双缝要在同一高度，中心位置在遮光筒轴线上，单缝与双缝要相互平行，才能使试验成功.当然还要使光源发出光束不致太暗.据上述分析，可知选项A、C正确.,【答案】,AC,4.图示为双缝干涉试验中产生条纹图样，甲图为用绿光进行试验图样,a,为中央亮条纹；乙图为换用另一个单色光进行试验图样，,a,为中央亮条纹，则以下说法正确是,第29页,（）,甲,乙,A.乙图可能是用红光试验产生条纹，表明红光波长较长,B.乙图可能是用紫光试验产生条纹，表明紫光波长较长,C.乙图可能是用紫光试验产生条纹，表明紫光波长较短,D.乙图可能是用红光试验产生条纹，表明红光波长较短,【解析】,因为条纹宽度,x,=,波长越长条纹宽度越大，又因红光波长比绿光波长长，而紫光波长比绿光波长短.故选项A正确.,【答案】,A,第30页,5.在一次“测定玻璃折射率”实,验中采取了以下方法:将一块半圆形玻,璃砖放在水平面上（如图所表示），用一束,光线垂直玻璃砖直径平面射入圆心,O,，以,O,为转动轴在水平面内迟缓转动半圆形玻璃砖，当刚转过角度时，观察者在玻璃砖平面一侧恰好看不到出射光线，这么就能够知道该玻璃砖折射率,n,大小.那么，上述测定方法主要是利用了_原理，该玻璃折射率,n,=_.,【解析】,此测定方法显然是利用了全反射原理.由题意可知，此玻璃临界角,C,=,，即sin,C,=sin,=,所以,【答案】,全反射,6.用某种单色光做双缝干涉试验时，已知双缝间距离,第31页,d,=0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间距离,L,=75.0 cm,如图甲所表示.试验时先转动图乙所表示测量头上手轮，使与卡尺游标相连分划线对准如图丙所表示第1条明条纹，此时卡尺主尺和游标位置如图戊所表示.则游标尺上示数,x,1,=_ mm;然后再转动手轮使划分线对准第5条明条纹，如图丁所表示，此时卡尺主尺和游标位置如图己所表示，则游标卡尺上示数,x,2,=_ mm.由以上已知数据和测量数据可知该单色光波长是_ nm.,第32页,【解析】,由,和 两式，代入数据即可.,【答案】,0.39.6620,7.某同学在测定一厚度均匀圆形玻璃,砖折射率时,先在白纸上作一与圆形玻璃,砖同半径圆,圆心为,O,将圆形玻璃砖平放在,甲,白纸上,使其边界与所画圆重合.在玻璃砖一侧竖直插两枚大头针,P1,和,P,2,在另一侧再先后插两枚大头针,P,3,和,P,4,使从另一侧隔着玻璃砖观察时,大头针,P,3,、,P,4,和,P,1,、,P,2,像恰在一条直线上.移去圆形玻璃砖和大头针后,如图甲所表示.,第33页,（1）在图甲中作出光线在圆形玻璃内传输方向.,（2）标出入射角,i,和折射角,r,写出玻璃折射率公式,n,=_.,【解析】,(1)连接,P,1,、,P,2,，得入射光线与圆交于,M,点；再连接,P,3,、,P,4,，得出射光线与圆交于,N,点；连接,M,、,N,就得到光在玻璃内传输路径，如图乙所表示.,乙,(2)入射角i和折射角,r,如图乙所表示，由折射定律可得：,第34页,【答案1）光路图如图乙所表示,（2）入射角i和折射角r如图乙所表示,8.图示是用“双缝干涉测光波长”试验装置示意图.,(1)图中是光源，是光屏，它们之间、依次是 _、_ 和 _.,(2)以下操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间距离是_.,A.增大和之间距离,B.增大和之间距离,第35页,C.将红色滤光片改为绿色滤光片,D.增大双缝之间距离,（3）一同学在“用双缝干涉测光波长”试验中，使用双缝间距为0.02 cm，测得双缝与光屏之间距离为50 cm.第1级亮纹中心到第5级亮纹中心距离为0.45 cm，则待测单色光波长是 _ cm.,【解析】,(3),=4.510,-5,cm.,【答案】,（1）滤光片单缝双缝,（2）B,（3）4.510,-5,第36页,9.现要估测一矩形玻璃砖折射率,n,，给定器材有：待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板.试验时,先将直尺一端,O,和另一点,M,标上两个显著标识,再将玻璃砖平放在白纸上,沿其两个长边在白纸上画出两条直线,AB,、,CD,再将直尺正面紧贴玻璃砖左边缘放置,使,O,点与直线,CD,相交,并在白纸上记下点,O,、点,M,位置,如图甲所表示,然后在右上方经过,AB,所在界面向左下方观,察,调整视线方向,让,O,点挡住,M,像,再在,观察一侧插上大头针,使大头针挡住,M,、,O,像,记下大头针,P,点位置.,（1）请在原图上作出光路图.,（2）计算玻璃砖折射率表示式,甲,第37页,为：,n,=_(用图中线段字母表示),【解析】,（1）调整视线方向,当,O,点挡,住,M,像时,从,O,点发出光线经玻璃折射后,与从,M,点发出光线经,AB,面反射后重合.在,观察一侧插上大头针,使大头针挡住,M,、,O,像,则大头针位置为折射光线射出玻,璃点和从,M,点发出光线在,AB,面上反,射点，,AB,与,OM,交点为,Q,如图乙所表示.,乙,（2）由几何关系作出角度,i,、,r,即可求出折射率.折射率,第38页,【答案】,（1）光路图如图乙所表示（2）,10.,（年山东理综卷）,麦克斯韦在1865年发表电磁场动力学理论一文中揭示了电、磁现象与光内在联络及统一性,即光是电磁波.,（1）一单色光波在折射率为1.5介质中传输,某时刻电场横波图象如图甲所表示,求该光波频率.,（2）图乙表示两面平行玻璃砖截面图,一束平行于,CD,边单色光入射到,AC,界面上,a,、,b,是其中两条平行光线.光线,a,在玻璃砖中光路已给出.画出光线,b,从玻璃砖中首次出射光路图,并标出出射光线与界面法线夹角度数.,第39页,【解析】,（,1）设光在介质中传输速度为,波长为,频率为,f,则:,联立解得：,从波形图上读出波长,=410,-7,m,代入数据解得:,f,=510,14,Hz.,（2）光路图如图丙所表示.,丙,【答案】,（1）510,14,Hz（2）如图丙所表示,第40页,