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第三時 實驗：測定玻璃的折射率
用雙縫干涉測光的波長

一、測定玻璃磚的折射率
【實驗目的】
1．掌握測定折射率的方法．
2．學會測量玻璃磚的折射率．
【實驗原理】
用插針法找出與入射光線AO對應的出射光線O'B,確定出O'點，畫出折射光線00'，然后用量角器測量出入射角i和折射角r的度數(shù)，根據n= 計算出玻璃的折射率．
【實驗器材】
玻璃磚、白紙、大頭針、量角器、圓規(guī)、三角板、圖釘、鉛筆．
【實驗步驟】
1．用圖釘把白紙固定在長木板上。
2．在白紙上畫一條直線aa'，并取aa'上的一點O為人射點，作過O的法線N。
3．畫出線段AO作為人射線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針。
4．在白紙上放上玻璃磚，使其中一個長邊與直線aa'重合，標出另一條邊上兩個點b、b'，并畫出另一條線bb'。
5．通過玻璃磚觀察并調整視線方向，使P1的像被P2擋住，然后在觀察一側插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2，的像，再插上P4、擋住大頭針P3及P2 、Pl的像．
6．移去玻璃磚，拔去大頭針，將大頭針P3、P4的針孔連線，確定出射光線O'B及出射點O'，連接O、O'得線段OO'表示AO光線在在玻璃中的折射光線。
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．改變人射角，重復實驗，算出不同人射角時的折射率n，并取平均值．

二、用雙縫干涉測光的波長
【實驗目的】
1．了解光波產生穩(wěn)定干涉的條．
2．觀察白光與單色光的雙縫干涉圖樣．
3．測定單色光的波長．
【實驗原理】
1．光發(fā)出的光經濾光片后成為單色光，單色光經過單縫后，成為步調一致的單色相干光，經雙縫產生穩(wěn)定的干涉圖樣，我們通過光屏可以觀察到明暗相間的干涉條紋。若用白光照射，通過兩狹縫可以在光屏上觀察到彩色條紋。
2．根據λ= 可以計算出單色光的波長。公式中d為雙縫間距離，Δx為相鄰兩條亮紋間的距離，L為雙縫到屏之間的距離，實驗中d一般是已知的，所以測出L、Δx即可測出光的波長。
3．測量頭的構造及使用
如圖所示測量頭由分劃板、目鏡、手輪等構成，轉動手輪，分劃板會向左右移動，測量時，應使分劃板中心刻
線對齊條紋的中心，如圖記下此時手輪上的讀數(shù)。
圖示上的測量頭安裝的是螺旋測微器，有的測量頭上安裝的是游標卡尺，要注意二者讀數(shù)的區(qū)別。兩次讀數(shù)之差就表示這兩條條紋間的距離。實際測量時，要數(shù)n條明紋（暗紋）的寬度設為a，那么Δx=a/（n-1）
【實驗器材】
雙縫干涉儀：包括光具座、光、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、光屏、測量頭及刻度尺等。
【實驗步驟】
（一）、觀察雙縫干涉圖樣
1．依次安放光、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏置于光具座，如圖所示調節(jié)光位置，使光發(fā)出的光能平行地進人遮光筒并照亮光屏。

2．接好光，打開開關，使燈絲正常發(fā)光。
3．調節(jié)各器的高度，使光燈絲發(fā)出的光能沿軸線到達光屏。
4．用白光照射，在屏上觀察白光的雙縫干涉圖象。
5．在單縫與光之間放上濾光片，在屏上觀察單色光的雙縫干涉圖象。
6．換用不同顏色的濾光片，觀察干涉圖樣的異同。（二）、測定單色光的波長
1．安裝測量頭，調節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋．
2．使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1；轉動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)a2；并記下兩次測量時移過的條紋數(shù)n，則a1-a2表示n亮條紋間距．
3．用刻度尺測量雙縫到光屏間距離L(d是已知的）．
4．代入公式λ= ，可求出波長。
5．重復測量、計算，求出波長的平均值．
6．換用不同濾光片，重復實驗．

知識點一測量玻璃磚的折射率注意事項
1．大頭針要豎直插在紙上，間距要適當大一些。
2．入射角不宜太大，也不宜太小，一般在150-750。
3．實驗中，玻璃磚與白紙的位置都不要改變。
4．玻璃磚要厚，便于觀察大頭針的像。
5．在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學面，更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。
6．實驗誤差
（1）入射光線、出射光線確定的不準確性。
（2）測量入射角與折射角時的相對誤差。
【應用1】在利用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中：
(1)甲同學在紙上正確畫出玻璃磚的兩個界面aa'和bb'后，不小心碰了玻璃磚使它向aa'方向平移了少許，如左圖所示。則他測出的折射率將 。

(2)乙同學在畫界面時，不小心將兩界面aa'和bb'間距畫得比玻璃磚寬度大些，如右圖所示，則他測得折射率 （選填“偏大”、“偏小”或“不變”）
導示: (1)如圖(a)所示，甲測得的入射角和折射角都沒有受到影響，因此測得的折射率將不變。

(2)如圖(b)所示，乙測得的入射角不受影響，但測得的折射角比真實值偏大，因此測得的折射率偏小。
答案：不變 偏小
思考：在畫界面時，若不小心將兩界面aa'和bb'間距畫得比玻璃磚寬小了些，則對測量的結果有什么影響？

知識點二驗雙縫干涉測光的波長注意事項
1．安裝器材時單縫、雙縫要相互平行；要將光、濾光片、單縫、雙縫中心大致位于遮光筒的軸線上，雙縫到單縫距離應相等．
2．測雙縫到屏的距離L可用米尺多次測量，然后取平均值．
3．測條紋間距Δx時，用測量頭測出n條亮（暗）紋間的距離a，求出相鄰的兩條明（暗，紋間的距離△x=a/（n-1）。
4．分劃板上的刻線應與干涉條紋亮（暗）線平行，否則會增大測量結果的誤差．
5．調節(jié)的主要依據是：照在像屏上的光很弱，主要是光、單縫、雙縫與遮光桶不共軸所所致；干涉條紋不清晰，主要是單縫與雙縫不平等行所致。 6．誤差分析
刻定單色光的波長，其誤差主要由測量引起，條紋間距Δx測不準，或雙縫到屏的距離測不準都會引起誤差，其誤差屬于偶然誤差，可采用測量多次取平均值法進一步減�。�
【應用2】現(xiàn)有A毛玻璃屏、B雙縫、C白光光、D單縫和E透紅光的濾光片等光學元，要把它們放在下圖所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置，用以測量紅光的波長。
（1）將白光光C放在光具座最左端，依次放置其他光學元，由左至右，表示各光學元的字母排列順序為C、 、A。

（2）本實驗的步驟有：
①取下遮光筒左側的元，調節(jié)光高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；②按合理順序在光具座上放置各光學元，并使各元的中心位于遮光筒的軸線上；
③用米尺測量雙縫到屏的距離；
④用測量頭（其讀數(shù)方法同螺旋測微器）測量數(shù)條亮紋間的距離。在操作步驟②時還應注意
。
(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，如圖所示此時手輪上的示數(shù)為 。然后同方向轉動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖中手輪上的示數(shù)為 。求得相鄰亮紋的間距△x為 。
(4)已知雙縫間距d為2. 0 ×10-4 m，測得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計算式λ= ，求得所測紅光波長為 。
導示: (1)濾光片是從白光中選出單色紅光，單縫是獲取點光，雙縫是獲得相干光，最后成像在毛玻璃屏上。所以排列順序為：C、E、D、B、A。
(2)在操作步驟②時應注意的事項有：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；單縫、雙縫間距離大約為5 cm—10 cm；要保證光、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上。
(3)螺旋測微器的讀數(shù)應該：先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度，由題干圖知讀數(shù)分別為2.320mm、13.870mm，所以相鄰條紋間距△x=（13.870-2.320）/5=2.310mm。
(4) 由條紋間距公式λ= 得λ= ，代入數(shù)值得：λ=6. 6×10-7m=6. 6×10-4 mm
答案：（1)E、D、B
(2) 放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；單縫與雙縫間的距離大約為5-10 cm；要保證光、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線上。
(3) 2.320 mm 13.870mm 2.310mm
(4) 6. 6× 10-4

1．用橫截面為半圓形的玻璃柱體做“測定玻璃折射率”的實驗，先在白紙上放好玻璃柱體,在玻璃柱體的上側插上兩枚大頭針P1和P2,然后在玻璃柱體的下側觀察,調整視線使P1的像被P2擋住.接著在眼睛所在的一側插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像.P4擋住P3和P1、P2的像,在紙上標出的大頭針位置和玻璃柱體輪廓如圖所示。
①在本題的圖上畫出所需的光路
②為了測出棱鏡玻璃的折射率,需要測量的量是 , ,在圖上標出它們。
③計算折射率的公式是n=

2．（南京市鼓樓區(qū)2007高考模擬試卷）用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離d＝0.25mm，雙縫到毛玻璃屏間距離L的大小由下圖中毫米刻度尺讀出，實驗時先移動測量頭（圖甲）上的手輪，把分劃線對準靠近最左邊的一條明條紋(圖乙)，并記下螺旋測微器的讀數(shù)x1（丙圖），然后轉動手輪，把分劃線向右邊移動，直到對準第7條明條紋并記下螺旋測微器讀數(shù)x7（丁圖），由以上測量數(shù)據可求該單色光的波長。
甲　　 乙　　 　　丙　　　　　丁 圖示中雙縫的位置L1＝_________mm，毛玻璃屏的位置L2＝________mm，螺旋測微器的讀數(shù)x1=____________mm，螺旋測微器讀數(shù)x7=____________mm。請用以上測量量的符號表示該單色光波長的表達式 ____________。

參考答案1．①光路圖如圖所示 ②需要測量入射角i和折射角r. ③n=sini/sinr.
2． L1＝100.0mm　L2＝938.2mm ＝0.300mm
＝14.700mm　　

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