2024届高考物理二轮复习导学案：11.3 光学实验

编号61DWL6920231230 编写：吴保旺 修订：物理组 11.3光学实验 【学习目标】 1．观察不同单色光的双缝干涉图样。 2．掌握用公式Δx＝λ测定单色光的波长的方法。 3.掌握测定折射率的原理及方法. 4.能用插针法测定玻璃的折射率. 【思考环节】 实验一：用双缝干涉测量光的波长 1.实验原理 单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝Δx. 2.实验器材 双缝干涉仪，__________、光源、滤光片、单缝、__________、遮光筒、__________、测量头。另外，还有学生电源、导线、刻度尺等。 思考：（1）滤光片作用是什么？ （2）单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。单缝和双缝的位置关系应该是什么？ （3）透镜的作用是使射向单缝的光更集中。 3.物理量的测量 根据∆x=_________可知，本实验需要测量的物理量是双缝到屏的距离 l 和相邻两条亮条纹间的距离∆x（双缝间的距离 d 已知）。具体操作如下。 1、 l 的测量：l 可以用刻度尺测出。 2、 ∆ x 的测量： ∆x 需用测量头测出。测量头通常有两种，但都由分划板、目镜、手轮等构成。转动手轮，分划板会左右移动。 测量时，应使分划板的中心_________的中心对齐（图 ），记下此时手轮上的读数。然后转动测量头，使分划板__________________对齐，再次记下手轮上的读数。两次读数之差表示这两个条纹间的距离 ∆ x。 3、为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离。例如，可测出 n 个亮条纹间的距离 a，再求出相邻两个亮条纹间的距离______ 4.进行实验 实验前先取下双缝，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮。然后放好单缝和双缝。注意使_________相互平行，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上。 做好以上调整后，在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到单色光的双缝干涉图样（图 ）。测量_________的距离 l 和相邻两条亮条纹间的距离∆ x。分别改变滤光片的颜色和双缝的距离，观察干涉条纹的变化，并求出相应的波长。 5.数据分析 设计表格记录实验数据。d 是已知的，l 和 n 个亮条纹间的距离 a 是直接测量值。由可以求出相邻两个亮条纹间的距离Δx。最后，根据 _________算出波长。 6.注意事项： （1）．单缝、双缝应相互平行，其中心大致位于遮光筒的中心轴线上 （2）．测双缝到屏的距离l时，用_________多次测量取平均值． （3）．测条纹间距Δx，用测量头测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻的两条亮条纹间的距离 思考：若误将n个亮条纹间的距离当做（n+1）个亮条纹间的距离，测出的波长比实际波长如何？若误当做（n-1）个亮条纹间的距离呢？ 例1.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图1所示。已知双缝间的距离为d，在距双缝L远的屏上，用测量头测量条纹间宽度。 (1)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，此时手轮上的示数如图2(甲)所示；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，记下此时如图2(乙)所示的手轮上的示数为____________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为__________mm； (2)波长的表达式λ＝__________(用Δx、L、d表示)； (3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将__________(选填“变大”“不变”或“变小” )； (4)图3为上述实验装置示意图。S为单缝，S1、S2为双缝，屏上O点处为一条亮条纹。若实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，则可以观察到O点处的干涉条纹__________。 A．向上移动　　　B．向下移动 C．间距变大 D．间距变小 实验二：测定玻璃的折射率 1.实验原理 如图1所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，求出折射角θ2，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率. 图 1 思考：折射光线是如何确定的？ 2.实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔. 3.实验过程 (1)用图钉把白纸固定在木板上. (2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′. (3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针. (4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′