2023届高考物理二轮专题冲刺讲义（三）：光学实验：测定玻璃的折射率、用双缝干涉测光的波长

光学实验 一、测定玻璃的折射率 1．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OO′，然后测量出角θ1和θ2，代入公式n＝计算玻璃的折射率． 2．实验过程 (1)铺白纸、画线． ①如图所示，将白纸用图钉按在平木板上，先在白纸上画出一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO作为入射光线． ②把玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb′. (2)插针与测量． ①在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住，再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像及P3，记下P3、P4的位置． ②移去玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb′于O′，连接OO′即为折射光线，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O′ON. ③用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中． ④改变入射角θ1，重复以上实验步骤，列表记录相关测量数据． 3．数据处理 (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sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的，并取平均值． (2)作sin θ1－sin θ2图象：改变入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2图象，由n＝可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率． (3)“单位圆”法确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n： 以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝.只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n. 例1、如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率，在平铺的白纸上垂直纸面插大头针、确定入射光线，并让入射光线过圆心，在玻璃砖（图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针，使挡住、的像，连接，图中为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，、分别是入射光线、折射光线与圆的交点，、均垂直于法线并分别交法线于、点. (1)设的长度为，的长度为，CD的长度为，的长度为，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量____________，则玻璃砖的折射率可表示为________. (2)该同学在插大头针前不小心将玻璃砖以为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将___________（填“偏大”“偏小”或“不变”）. 例2、在“测定玻璃折射率”的实验中： (1)操作步骤如下： ①先在白纸上画出一条直线代表两种介质的界面，过上的点画出界面的法线，并画一条线段作为入射光线． ②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟对齐． ③在线段上竖直地插上两枚大头针、，透过玻璃砖观察大头针、的像．调整视线方向，直到的像被挡住．再在观察的这一侧插两枚大头针、，使P3挡住、的像，P4挡住、的像和，记下、的位置． ④移去大头针和玻璃砖，连接、作为折射光线，测量出入射角与折射角，填入表格中．上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是___________________________________________ ______________________________________________ (2)实验中测出了多组入射角与折射角，并作出了图象如图所示．则下列说法正确的________． A．实验时，光线是由空气射入玻璃 B．玻璃的折射率为0.67 C．玻璃的折射率为1.5 例3、(1)几位同学做“用插针法测定玻璃折射率”实验，图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面。几位同学进行了如下操作： A．甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′与bb′不平行，其他操作正确 B．乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，将玻璃砖向aa′方向平移了少许，其他操作正确 C．丙同学在白纸上画aa′、bb′两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确 上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是__________(填写选项前的字母)。 (2)在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图所示(①②③是三条直线)。在以后的操作说法中你认为正确的是__________。 A．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在③线上 B．保持O点不动，减小入射角，在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上 C．保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P