簡潔實用高效第十四章光第3講實驗十七：測量玻璃的折射率實驗十八：用雙縫干涉實驗測量光的波長物理內(nèi)容索引關(guān)鍵能力提升第一部分考點一實驗十七：測量玻璃的折射率考點二實驗十八：用雙縫干涉實驗測量光的波長0102課時作業(yè)第二部分關(guān)鍵能力提升第分部二互動探究·考點精講考點一實驗十七：測量玻璃的折射率1．實驗原理2．實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、直尺(刻度尺)、鉛筆。3．實驗步驟(1)用圖釘把白紙固定在木板上。(2)在白紙上畫一條直線aa′，并取aa′上的一點O為入射點，作過O點的法線MM′。(3)畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩個大頭針。(4)在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′。(5)眼睛在bb′的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調(diào)整視線方向，使P1被P2擋住，然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P1、P2的像和P3。(6)移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線O′B及出射點O′，連接O、O′得到線段OO′。(7)用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。(8)改變?nèi)肷浣?，重?fù)實驗。4．?dāng)?shù)據(jù)分析(1)計算法5．注意事項(1)實驗時，應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O之間、P3與O′之間距離要稍大一些。(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。(3)操作時手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，也不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線。(4)實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上，若寬度太小，則測量誤差較大。【典例1】某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，鉛筆，白紙。(1)(多選)下列措施能夠提高實驗準(zhǔn)確程度的是____。A．選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C．選用粗的大頭針完成實驗D．插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些AD【解析】測定玻璃折射率的關(guān)鍵是根據(jù)入射光線和出射光線確定在玻璃中的傳播光線，因此選用光學(xué)表面間距大的玻璃磚以及使同側(cè)兩枚大頭針間的距離盡量大些都有利于提高實驗的準(zhǔn)確程度，A、D正確；兩光學(xué)表面是否平行不影響折射率的測量，為減小誤差，應(yīng)選用細長的大頭針，故B、C錯誤。(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如圖所示，其中實驗操作正確的是__。D【解析】兩光學(xué)表面平行的玻璃磚的入射光線與出射光線平行，在空氣中的入射角大于玻璃中的折射角，在題圖中，根據(jù)玻璃磚界線及四個孔洞位置分別作出光路圖及法線，如圖所示，分析可知實驗操作正確的是D。(3)該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點，如圖所示，則玻璃的折射率n＝_____(用圖中線段的字母表示)?！镜淅?】

(2024·湖北卷)某同學(xué)利用激光測量半圓柱體玻璃磚的折射率，具體步驟如下：①平鋪白紙，用鉛筆畫兩條互相垂直的直線AA′和BB′，交點為O。將半圓柱體玻璃磚的平直邊緊貼AA′，并使其圓心位于O點，畫出玻璃磚的半圓弧輪廓線，如圖甲所示。②將一細激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃磚，記錄折射光線與半圓弧的交點M。③拿走玻璃磚，標(biāo)記CO光線與半圓弧的交點P。④分別過M、P作BB′的垂線MM′、PP′，M′、P′是垂足，并用米尺分別測量MM′、PP′的長度x和y。⑤改變?nèi)肷浣?，重?fù)步驟②③④，得到多組x和y的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出y－x圖像，如圖乙所示。(1)關(guān)于該實驗，下列說法正確的是__。A．入射角越小，誤差越小B．激光的平行度好，比用插針法測量更有利于減小誤差C．選擇圓心O點作為入射點，是因為此處的折射現(xiàn)象最明顯【解析】入射角適當(dāng)即可，不能太小，入射角太小，會導(dǎo)致折射角太小，測量的誤差會變大，故A錯誤；激光的平行度好，比用插針法測量更有利于減小誤差，故B正確；相同的材料在各點的折射效果都一樣，故C錯誤。B(2)根據(jù)y－x圖像，可得玻璃磚的折射率為________(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。1.57(3)若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑，則折射率的測量結(jié)果____(選填“偏大”“偏小”或“不變”)?！窘馕觥扛鶕?jù)(2)中數(shù)據(jù)處理方法可知，若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑，則折射率的測量結(jié)果不變。不變考點二實驗十八：用雙縫干涉實驗測量光的波長2．實驗步驟(1)觀察雙縫干涉圖樣①將光源、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上，如圖所示。②接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。③調(diào)節(jié)各器件的高度和角度，使光源燈絲發(fā)出的光能沿遮光筒軸線到達毛玻璃屏。④安裝單縫和雙縫，盡量使縫的中點位于遮光筒的軸線上，使單縫與雙縫平行，二者間距約為5～10cm。⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。(2)測量單色光的波長①安裝測量頭，調(diào)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心，記下此時手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮條紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至第n條亮條紋的中心，記下此時手輪上的讀數(shù)an。③用刻度尺測量雙縫與屏間距離l(d是已知的)。④改變雙縫間的距離d和雙縫到屏的距離l，重復(fù)測量。3．?dāng)?shù)據(jù)分析4．注意事項(1)安裝時，注意使光源、透鏡、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng)。(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近。(3)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)：照在毛玻璃屏上的光很弱，主要原因是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸；干涉條紋不清晰，一般原因是單縫與雙縫不平行?！镜淅?】

(2024·河北卷)某同學(xué)通過雙縫干涉實驗測量單色光的波長，實驗裝置如圖所示，其中測量頭包括毛玻璃、游標(biāo)尺、分劃板、手輪、目鏡等。該同學(xué)調(diào)整好實驗裝置后，分別用紅色、綠色濾光片，對干涉條紋進行測量，并記錄第一條和第六條亮紋中心位置對應(yīng)的游標(biāo)尺讀數(shù)，如表所示：

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，判斷單色光1為____(選填“紅光”或“綠光”)。項目x1/mmx6/mm單色光110.6018.64單色光28.4418.08綠光【典例4】洛埃在1834年提出了一種更簡單的觀察干涉的裝置。如圖所示，從單縫S發(fā)出的光，一部分入射到平面鏡后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干涉條紋。單縫S通過平面鏡成的像是S′。(1)通過洛埃鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干涉條紋，這和雙縫干涉實驗得到的干涉條紋一致。如果S被視為其中的一個縫，____________________相當(dāng)于另一個“縫”?！窘馕觥扛鶕?jù)平面鏡成像原理，經(jīng)鏡面反射的光線可認為是從S的像S′發(fā)出的，故S′相當(dāng)于雙縫干涉中的另一個“縫”。S經(jīng)平面鏡成的像S′(2)實驗表明，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)界面發(fā)生反射，在入射角接近90°時，反射光與入射光相比，相位有π的變化，即半波損失。如果把光屏移動到和平面鏡接觸，接觸點P處是______(選填“亮條紋”或“暗條紋”)?！窘馕觥縣?D，所以射到平面鏡上P點的光的入射角接近90°，故直接射到光屏上P點的光和經(jīng)平面鏡反射的光相位相差π，故接觸點P處是暗條紋。暗條紋(3)實驗中已知單縫S到平面鏡的垂直距離h＝0.15mm，單縫到光屏的距離D＝1.2m，觀察到第3條亮條紋中心到第12條亮條紋中心的間距為22.78mm，則該單色光的波長λ＝________________m(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。6.33×10-7課時作業(yè)71第分部二1．(6分)如圖所示是“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗裝置。實驗中：(1)觀察到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是__。A．旋轉(zhuǎn)測量頭B．增大單縫與雙縫間的距離C．調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行解析：觀察到較模糊的干涉條紋說明透過的光較弱，旋轉(zhuǎn)測量頭或增大單縫與雙縫間的距離都不會使條紋變清晰，造成條紋模糊的原因可能是單縫與雙縫不平行，則值得嘗試的是調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行，故選C。C(2)要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是__。A．減小單縫與光源間的距離B．減小單縫與雙縫間的距離C．增大透鏡與單縫間的距離D．增大雙縫與測量頭間的距離D2．(9分)在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，(1)如圖甲所示，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，此時手輪上的示數(shù)x1＝2.320mm，然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖乙中手輪上的示數(shù)x6＝____________mm。13.870

解析：此時題圖乙中手輪上的示數(shù)x6＝13.5mm＋37.0×0.01mm＝13.870mm。(2)已知雙縫間距d為2.0×10-4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700m，由計算式λ＝______(用所給物理量符號表示)，可得所測光的波長為___________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。6.6×10-7

3．(9分)(2023·海南卷)用激光測玻璃磚折射率的實驗中，玻璃磚與屏P平行放置，從另一側(cè)用激光筆以一定角度照射，此時在屏上的S1處有激光點，移走玻璃磚，光點移到S2處，回答下列問題：(1)請畫出激光束經(jīng)玻璃折射后完整的光路圖。答案：見解析圖解析：作S1C∥S2B，S1C交ad于C點，連接OC，畫出光路圖如圖所示。(2)已經(jīng)測出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，則折射率n＝________________(用l1、l2、l3表示)。(3)若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗，則S1、S2間的距離會____(選填“變大”“變小”或“不變”)。解析：由幾何知識可知，S1、S2間的距離l3＝labtanα－labtanθ，若改用寬ab更小的玻璃磚做實驗，分析知α不變，θ不變，因lab變小，則S1、S2間的距離會變小。變小4．(12分)(2023·廣東卷)某同學(xué)用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率，實驗過程如下：(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上，用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界。(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點水平入射，到達ef面上的O點后反射到N點射出。用大頭針在白紙上標(biāo)記O點、M點和激光筆出光孔Q的位置。②移走玻璃磚，在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點，如圖甲所示。③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2。PM的示數(shù)如圖乙所示，d1為________cm，測得d2為3.40cm。解析：③刻度尺的最小分度為0.1cm，由題圖乙可知d1為2.25cm。2.25(3)利用所測量的物理量，寫出玻璃磚折射率的表達式n＝__；由測得的數(shù)據(jù)可得折射率n為________(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。1.51稍小一些5．(12分)(2024·湖北黃岡高三檢測)做“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，使用的雙縫間距d＝0.20mm，雙縫到光屏的距離L＝600mm，觀察到的干涉條紋如圖甲所示。(1)在測量頭上的是一個螺旋測微器(又叫“千分尺”)，分劃板上的刻度線處于x1、x2位置時，對應(yīng)的示數(shù)如圖乙所示，則相鄰亮紋的間距Δx＝__________mm(結(jié)果保留三位小數(shù))。1.420(2)計算單色光的波長的公式λ＝_____________(用L、d、x1、x2表示)。(3)代入數(shù)據(jù)計算單色光的波長λ＝__________m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。4.7×10-7(4)圖丙為實驗裝置示意圖，S為單縫，S1、S2為雙縫，屏上O點處為一亮條紋。若實驗時單縫偏離光軸，向右微微移動，則可以觀察到O點處的干涉條紋__。A．向左移動

B．向右移動C．間距變大

D．間距變小A6．(9分)(2024·安徽卷)某實驗小組做“測量玻璃的折射率”及拓展探究實驗。(1)為測量玻璃的折射率，按如圖甲所示進行實驗，以下表述正確的一項是__。A．用筆在白紙上沿著玻璃磚上邊和下邊分別畫出直線a和a′B．在玻璃磚一側(cè)插上大頭針P1、P2，眼睛在另一側(cè)透過玻璃磚看兩個大頭針，使P2把P1的像擋住，這樣就可以確定入射光線和入射點O1。在眼睛這一側(cè)，插上大頭針P3，使它把P1、P2的像都擋住，再插上大頭針P4，使它把P1、P2的像及P3都擋住，這樣就可以確定出射光線和出射點O2C．實驗時入射角θ1應(yīng)盡量小一些，以減小實驗誤差B解析：在白紙上畫出一條直線a作為界面，把長方體玻璃磚放在白紙上，使它的一個長邊與a對齊，用直尺或者三角板輕靠在玻璃磚的另一長邊，按住直尺或三角板不動，將玻璃磚取下，畫出直線a′代表玻璃磚的另一邊，而不能用筆在白紙上沿著玻璃磚上邊和下邊分別畫出直線a和a′，故A錯誤；在玻璃磚一側(cè)插上大頭針P1、P2，眼睛在另一側(cè)透過玻璃磚看兩個大頭針，使P2把P1的像擋住，這樣就可以確定入射光線和入射點O1，在眼睛這一側(cè)，插上大頭針P3，使它把P1、P2的像都擋住，再插上大頭針P4，使它把P1、P2的像及P3都擋住，這樣就可以確定出射光線和出射點O2，故B正確；實驗時入射角θ1應(yīng)盡量大一些，但也不能太大(接近90°)，以減小實驗誤差，故C錯誤。(2)為探究介質(zhì)折射率與光的頻率的關(guān)系，分別用一束紅光和一束綠光從同一點入射到空氣與玻璃的分界面。保持相同的入射角，根據(jù)實驗結(jié)果作出光路圖，并標(biāo)記紅光和綠光，如圖乙所示。此實驗初步表明：對于同一種介質(zhì)，折射率與光的頻率有關(guān)；頻率大，折射