高二物理实验：测定玻璃的折射率、用双缝干涉测量光的波长粤教版知识精讲.doc

高二物理实验：测定玻璃的折射率、用双缝干涉测量光的波长粤教版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 1. 实验：测定玻璃的折射率 2. 实验：用双缝干涉测量光的波长 二. 知识归纳、总结： （一）实验：测定玻璃的折射率 1. 实验原理 如下图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移，用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出射点O′，画出折射光线OO′，量出入射角θ1和折射角θ2，据n=计算出玻璃的折射率。 2. 实验器材 白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖。 3. 实验步骤及调整安装 （1）将白纸用图钉按在绘图板上。 （2）在白纸上画出一条直线aa′作为界面（线），过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。 （3）把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′。 （4）在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像，再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。 （5）移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。 （6）连接OO′，入射角θ1=∠AON，折射角θ2=∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中。 （7）用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。 （8）算出不同入射角的比值，最后求出几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。 4. 注意事项 （1）实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O′之间距离要稍大一些。 （2）入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小。 （3）在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 （4）在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 （5）玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。 5. 数据处理及误差分析 此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n=中求玻璃的折射率，除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法： 处理方式（1）：在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO′（或OO′的延长线）交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′， 用直尺量出CC′和DD′的长，如下图所示。 由于sinα= sinβ= 而CO=DO，所以折射率n1==。 重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。 处理方式（2）：根据折射定律可得n= 因为有sinβ=。 在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值的基础上，以sinα值为横坐标、以sinβ值为纵坐标，建立直角坐标系，如下图所示，描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。 求解图线斜率，设斜率为k，则k= 故玻璃砖折射率n= （二）实验：用双缝干涉测量光的波长 1. 实验原理 如图所示，与两缝之间的距离d相比，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略，两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0=L。 我们考察屏上与P0的距离为x的一点P1，两缝与P1的距离分别为P1S1=r1、P1S2=r2。 在线段P1S2上作P1M=P1S1，于是S2M=r2-r1，由于两缝之间的距离远远小于缝到屏的距离，所以可近似认为三角形S1S2M为直角三角形，根据三角函数的关系，有 r2－r1=dsinθ 另一方面x=Ltanθ≈Lsinθ 因此有r2－r1=d 根据上一节的分析，当两列波的路程差为波长的整数倍，即d=±kλ，（k=0，1，2…）时才会出现亮条纹，也就是说，亮条纹中心的位置为 x=±kλ 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是△x= λ 据双缝干涉中条纹间距△x= λ得波长λ=△x，已知双缝间距d，再测出双缝到屏的距离L和条纹间距△x，就可以求得光波的波长。 2. 实验器材 光源、滤光片、单缝、遮光筒、光屏及光具等。 3. 实验步骤 （1）按照下图所示的装置安装好仪器，调整光源的位置，使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。 （2）放置单缝和双缝，使缝相互平行，调整各部件的间距，观察白光的双缝干涉图样。 （3）在光源和单缝间放置滤光片，使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样。 （4）用米尺测