第十四章 光学 第73课时　光学实验　实验增分课学生用

第73课时光学实验[实验增分课]一、测量玻璃的折射率装置原理操作要领数据处理误差分析折射率n＝sin（1）玻璃砖要用厚度较大的。（2）入射角不宜过大或过小，一般控制在30°到60°之间（1）铺白纸、画线①将白纸用图钉固定在木板上；②画出两边界线aa'和bb'、法线NN'、入射光线AO，注意不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。（2）插针与测量①在AO线上竖直插上两枚大头针P1、P2，在玻璃砖另一侧通过观察插上大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像；②移去玻璃砖和大头针，连接P3、P4交bb'于O'，连接OO'；③测出入射角θ1、折射角θ2（1）计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角时的sinθ（2）图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作出sinθ1-sinθ2的图像，由n＝sinθ1sinθ2（3）“单位圆法”：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，只要用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出n（n＝EHE（1）入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。（2）入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差

二、用双缝干涉测量光的波长装置原理数据处理误差分析注意事项测出图乙中的d和l。用图丙中的测量头测出两条相邻明条纹间距Δx，由Δx＝ldλ计算出波长用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx＝ldλ得λ＝dlΔx计算波长，重复测量、计算（1）双缝到光屏的距离l的测量存在误差。（2）测量条纹间距Δx带来的误差①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。②分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心。③测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清（1）调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度。（2）放置单缝和双缝时，缝要相互平行。（3）不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差【典例1】（2023·海南高考14题）用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处，回答下列问题：（1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图；（2）已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n＝（用l1、l2、l3表示）；（3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会（选填“变大”“变小”或“不变”）。难点助攻第（2）问求解折射率n的关键：①根据两面平行玻璃砖的出射光线与入射光线平行的特点，可知射入玻璃砖的入射角等于射出玻璃砖的折射角②根据题意可推知S1C∥S2B。听课记录【典例2】某同学用如图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验，他用带有游标尺的测量头（如图乙所示）测量相邻两条亮条纹间的距离，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹（将这一条纹确定为第一亮条纹）的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第六亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示。（1）图丙的读数x1＝mm。（2）图丁的读数x2＝mm。（3）实验中所用的双缝间的距离d＝0.20mm，双缝到屏的距离L＝60cm，则实验中计算波长的表达式λ＝（用题目中给出的已知量和直接测量量的符号表示）。（4）根据以上数据，可得实验中测出的光的波长λ＝nm。易错排查第（3）问推导计算波长的表达式，求解条纹间距时，根据“某一条亮条纹（将这一条纹确定为第一亮条纹）的中心，……转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第六亮条纹的中心”，应该判断出“某一条亮条纹与第六亮条纹”中心间的距离等于条纹间距Δx的5倍，此处容易错误的判断为6倍。听课记录1.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。（1）下列哪些措施能够提高实验准确程度（选填选项前字母）。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（2）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图所示，其中实验操作正确的是。

（3）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，与入射光线、折射光线分别交于A、B两点，再过A、B两点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图（a）所示，则玻璃砖的折射率n＝（用图中线段的字母表示）。（4）在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙两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（b）中①、②所示，其中甲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。则甲同学测得的折射率与真实值相比（选填“偏大”“偏小”或“不变”）；乙同学测得的折射率与真实值相比（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。2.（2023·广东高考11题）某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过程如下。（1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。（2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射，到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置；②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点，如图（a）所示；③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图（b）所示，d1为cm。测得d2为3.40cm。（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式n＝；由测得的数据可得折射率n为。（结果保留两位有效数字）（4）相对误差的计算式为δ＝测量值－真实值真实值×100％。为了减小d1、d2测量的相对误差，实验中激光在M点入射时应尽量使入射角（选填“稍大一些”或“稍小一些

3.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示。（1）某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点：A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置B.干涉条纹与双缝垂直C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关D.干涉条纹的间距与光的波长有关以上几点中，你认为正确的是（选填选项前字母）。（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为mm。（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，如图丙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值（选填“大于”“小于”或“等于”）实际值。4.洛埃德（H.Lloyd）在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，从单缝S发出的光，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'。（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）实验表明，光从光疏介质射向光密介质界面发生反射时，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损