逍遥右脑 2013-03-08 23:07
第三时 实验：测定玻璃的折射率
用双缝干涉测光的波长
一、测定玻璃砖的折射率
【实验目的】
1．掌握测定折射率的方法．
2．学会测量玻璃砖的折射率．
【实验原理】
用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O'B,确定出O'点，画出折射光线00'，然后用量角器测量出入射角i和折射角r的度数，根据n= 计算出玻璃的折射率．
【实验器材】
玻璃砖、白纸、大头针、量角器、圆规、三角板、图钉、铅笔．
【实验步骤】
1．用图钉把白纸固定在长木板上。
2．在白纸上画一条直线aa'，并取aa'上的一点O为人射点，作过O的法线N。
3．画出线段AO作为人射线，并在AO上插上P1、P2两根大头针。
4．在白纸上放上玻璃砖，使其中一个长边与直线aa'重合，标出另一条边上两个点b、b'，并画出另一条线bb'。
5．通过玻璃砖观察并调整视线方向，使P1的像被P2挡住，然后在观察一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2，的像，再插上P4、挡住大头针P3及P2 、Pl的像．
6．移去玻璃砖，拔去大头针，将大头针P3、P4的针孔连线，确定出射光线O'B及出射点O'，连接O、O'得线段OO'表示AO光线在在玻璃中的折射光线。
7．用量角器量出入射角i和折射角r,并查出其正弦值sini和sinr。
8．改变人射角，重复实验，算出不同人射角时的折射率n，并取平均值．
二、用双缝干涉测光的波长
【实验目的】
1．了解光波产生稳定干涉的条．
2．观察白光与单色光的双缝干涉图样．
3．测定单色光的波长．
【实验原理】
1．光发出的光经滤光片后成为单色光，单色光经过单缝后，成为步调一致的单色相干光，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。
2．根据λ= 可以计算出单色光的波长。公式中d为双缝间距离，Δx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一般是已知的，所以测出L、Δx即可测出光的波长。
3．测量头的构造及使用
如图所示测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，分划板会向左右移动，测量时，应使分划板中心刻
线对齐条纹的中心，如图记下此时手轮上的读数。
图示上的测量头安装的是螺旋测微器，有的测量头上安装的是游标卡尺，要注意二者读数的区别。两次读数之差就表示这两条条纹间的距离。实际测量时，要数n条明纹（暗纹）的宽度设为a，那么Δx=a/（n-1）
【实验器材】
双缝干涉仪：包括光具座、光、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏、测量头及刻度尺等。
【实验步骤】
（一）、观察双缝干涉图样
1．依次安放光、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏置于光具座，如图所示调节光位置，使光发出的光能平行地进人遮光筒并照亮光屏。
2．接好光，打开开关，使灯丝正常发光。
3．调节各器的高度，使光灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。
4．用白光照射，在屏上观察白光的双缝干涉图象。
5．在单缝与光之间放上滤光片，在屏上观察单色光的双缝干涉图象。
6．换用不同颜色的滤光片，观察干涉图样的异同。（二）、测定单色光的波长
1．安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹．
2．使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2；并记下两次测量时移过的条纹数n，则a1-a2表示n亮条纹间距．
3．用刻度尺测量双缝到光屏间距离L(d是已知的）．
4．代入公式λ= ，可求出波长。
5．重复测量、计算，求出波长的平均值．
6．换用不同滤光片，重复实验．
知识点一测量玻璃砖的折射率注意事项
1．大头针要竖直插在纸上，间距要适当大一些。
2．入射角不宜太大，也不宜太小，一般在150-750。
3．实验中，玻璃砖与白纸的位置都不要改变。
4．玻璃砖要厚，便于观察大头针的像。
5．在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
6．实验误差
（1）入射光线、出射光线确定的不准确性。
（2）测量入射角与折射角时的相对误差。
【应用1】在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：
(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa'和bb'后，不小心碰了玻璃砖使它向aa'方向平移了少许，如左图所示。则他测出的折射率将 。
(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面aa'和bb'间距画得比玻璃砖宽度大些，如右图所示，则他测得折射率 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”）
导示: (1)如图(a)所示，甲测得的入射角和折射角都没有受到影响，因此测得的折射率将不变。
(2)如图(b)所示，乙测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实值偏大，因此测得的折射率偏小。
答案：不变 偏小
思考：在画界面时，若不小心将两界面aa'和bb'间距画得比玻璃砖宽小了些，则对测量的结果有什么影响？
知识点二验双缝干涉测光的波长注意事项
1．安装器材时单缝、双缝要相互平行；要将光、滤光片、单缝、双缝中心大致位于遮光筒的轴线上，双缝到单缝距离应相等．
2．测双缝到屏的距离L可用米尺多次测量，然后取平均值．
3．测条纹间距Δx时，用测量头测出n条亮（暗）纹间的距离a，求出相邻的两条明（暗，纹间的距离△x=a/（n-1）。
4．分划板上的刻线应与干涉条纹亮（暗）线平行，否则会增大测量结果的误差．
5．调节的主要依据是：照在像屏上的光很弱，主要是光、单缝、双缝与遮光桶不共轴所所致；干涉条纹不清晰，主要是单缝与双缝不平等行所致。 6．误差分析
刻定单色光的波长，其误差主要由测量引起，条纹间距Δx测不准，或双缝到屏的距离测不准都会引起误差，其误差属于偶然误差，可采用测量多次取平均值法进一步减小．
【应用2】现有A毛玻璃屏、B双缝、C白光光、D单缝和E透红光的滤光片等光学元，要把它们放在下图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
（1）将白光光C放在光具座最左端，依次放置其他光学元，由左至右，表示各光学元的字母排列顺序为C、 、A。
（2）本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元，调节光高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元，并使各元的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离。在操作步骤②时还应注意
。
(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，如图所示此时手轮上的示数为 。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图中手轮上的示数为 。求得相邻亮纹的间距△x为 。
(4)已知双缝间距d为2. 0 ×10-4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ= ，求得所测红光波长为 。
导示: (1)滤光片是从白光中选出单色红光，单缝是获取点光，双缝是获得相干光，最后成像在毛玻璃屏上。所以排列顺序为：C、E、D、B、A。
(2)在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5 cm—10 cm；要保证光、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。
(3)螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，由题干图知读数分别为2.320mm、13.870mm，所以相邻条纹间距△x=（13.870-2.320）/5=2.310mm。
(4) 由条纹间距公式λ= 得λ= ，代入数值得：λ=6. 6×10-7m=6. 6×10-4 mm
答案：（1)E、D、B
(2) 放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝与双缝间的距离大约为5-10 cm；要保证光、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。
(3) 2.320 mm 13.870mm 2.310mm
(4) 6. 6× 10-4
1．用横截面为半圆形的玻璃柱体做“测定玻璃折射率”的实验，先在白纸上放好玻璃柱体,在玻璃柱体的上侧插上两枚大头针P1和P2,然后在玻璃柱体的下侧观察,调整视线使P1的像被P2挡住.接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像.P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出的大头针位置和玻璃柱体轮廓如图所示。
①在本题的图上画出所需的光路
②为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是 , ,在图上标出它们。
③计算折射率的公式是n=
2．（南京市鼓楼区2007高考模拟试卷）用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d＝0.25mm，双缝到毛玻璃屏间距离L的大小由下图中毫米刻度尺读出，实验时先移动测量头（图甲）上的手轮，把分划线对准靠近最左边的一条明条纹(图乙)，并记下螺旋测微器的读数x1（丙图），然后转动手轮，把分划线向右边移动，直到对准第7条明条纹并记下螺旋测微器读数x7（丁图），由以上测量数据可求该单色光的波长。
甲 乙 丙 丁 图示中双缝的位置L1＝_________mm，毛玻璃屏的位置L2＝________mm，螺旋测微器的读数x1=____________mm，螺旋测微器读数x7=____________mm。请用以上测量量的符号表示该单色光波长的表达式 ____________。
参考答案1．①光路图如图所示 ②需要测量入射角i和折射角r. ③n=sini/sinr.
2． L1＝100.0mm L2＝938.2mm ＝0.300mm
＝14.700mm