北京专用2019版高考物理一轮复习检测：第十五章光学实验测定玻璃的折射率实验用双缝干涉测光的波长

第4讲实验：测定玻璃的折射率实验：用双缝干涉测光的波长
基础巩固
1.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。

他们的其他操作均正确,且均以aa'、bb'为界面画光路图,则
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。

(2)乙同学测得的折射率与真实值相比(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。

(3)丙同学测得的折射率与真实值相比。

2.如图1所示,在测量玻璃折射率的实验中,两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜,并确定AB和AC界面的位置。

然后在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。

图1
图2
①此后正确的操作步骤是。

(选填选项前的字母)
A.插上大头针P3,使P3挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像
C.插上大头针P4,使P4挡住P3的像
D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
②正确完成上述操作后,在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。

为测量该种玻璃的折射率,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线,如图2甲、乙所示。

在图2中能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图(选填“甲”或“乙”),所测玻璃折射率的表达式n= (用代表线段长度的字母ED、FG表示)。

3.[2017北京丰台二模,21(1)]某同学利用“双缝干涉实验装置”测定红光的波长。

已知双缝间距为d,双缝到屏的距离为L,将测量头的分划板中心刻线与某一亮条纹的中心对齐,并将该条纹记为第1亮条纹,其示数如图所示,此时的示数为mm。

然后转动测量头,使分划板中心刻线与第5亮条纹的中心对齐,读出示数,并计算第5亮条纹与第1亮条纹的中心线间距离为Δx。

由此可得该红光的波长表达式为(用字母表达)。

4.[2017北京海淀零模,21(1)]如图甲所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,将实验仪器按要求安装在光具座上,并选用缝间距d=0.20 mm的双缝屏。

从仪器注明的规格可知,像屏与双缝屏间的距离L= 700 mm。

然后,接通电源使光源正常工作。

甲
①已知测量头上主尺的分度值是1毫米,副尺(游标尺)上有20个小格。

某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,使分划板中心刻线与某条纹A中心对齐,如图乙所示,此时测量头上主尺和副尺的示数情况如图丙所示,此示数为mm;接着再转动手轮,使分划板中心刻线与某条纹B中心对齐,测得A到B 条纹间的距离为8.40 mm。

利用上述测量结果,经计算可得经滤光片射向双缝的色光的波长λ=
m(保留2位有效数字)。

②另一同学按实验装置安装好仪器后,观察到光的干涉现象效果很好。

若他对实验装置做了一下改动后,在像屏上仍能观察到清晰的条纹,且条纹数目有所增加。

以下改动可能实现这个效果的
是。

A.仅将滤光片移至单缝和双缝之间
B.仅将单缝远离双缝移动少许
C.仅将单缝与双缝的位置互换
D.仅将红色滤光片换成绿色的滤光片
5.“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置如图甲所示。

测量头由分划板、目镜、手轮等构成,已知双缝与屏的距离为L,双缝间距为d。

丙
①如图乙所示,移动测量头上的手轮,使分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心,记下此时手轮上螺旋测微器的读数x1。

转动测量头,使分划板的中心刻线向右移动对准第4条亮纹的中心,此时手轮上螺旋测微器的读数x2如图丙所示,则读数x2= mm;
②已知双缝与屏的距离为L,双缝间距为d。

计算波长的公式λ= ;(用题目中给出的字母表示)
③对于某种单色光,为增加相邻亮纹间的距离,可采取或的方法。

综合提能
1.某校开展研究性学习,某研究小组根据光学知识,设计了一个测液体折射率的仪器。

如图所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF。

在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变。

每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF作为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2,在圆周EC部分插上P3,使P3挡住P1、P2的像。

同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可以直接读出液体折射率的值。

(1)若∠AOF=30°,OP3与OC之间的夹角为30°,则P3处刻的折射率的值为。

(2)图中P3、P4两处,对应折射率大的是。

(3)做AO的延长线交圆周于K,K处对应的折射率为。

2.在“用双缝干涉测光的波长”实验中:
(1)实验装置采用双缝干涉仪,它由各部分光学元件在光具座上组成,现准备了下列仪器:A.光源,B.双缝片,C.单缝片,D.滤光片,E.光屏(其中双缝片和光屏连在遮光筒上)。

把以上仪器安装在光具座上时,正确的排列顺序是。

(2)(多选)关于本实验,正确的说法是( )
A.实验时应调节各器件中心共轴,并且单缝和双缝的缝应相互平行
B.观察到的白光的干涉图样是:可以看到彩色的干涉条纹,中央为一条白亮的零级干涉条纹;彩色条纹的排列,以零级亮条纹为中心左右对称,在第一级亮条纹中紫色在最外侧
C.看到白光的干涉条纹后,在单缝前面放上红色或绿色滤光片,即可看到红黑相间或绿黑相间的干涉条纹,且红条纹的间距比绿条纹的间距大
D.测量时应使测量头的分划板的中心刻线对齐条纹的中心再读数
答案精解精析
基础巩固
1.答案(1)偏小(2)不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变
解析(1)用图①测定折射率时,会导致玻璃中折射光线偏折小了,所以折射角增大,折射率减小。

(2)用图②测折射率时,只要操作正确,折射率与玻璃砖形状无关。

(3)用图③测折射率时,因为界面bb'部分在玻璃砖外侧,部分在内侧,故无法确定折射光线偏折的大小,所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变。

2.答案①BD②乙
解析①在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P
1和P2,确定入射光线,然后在棱镜的右侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像,从而确定出射光线。

②设AB界面入射光线的入射角为α,折射角为β,根据折射规律得n=,根据几何关系有:对于甲图,sin α=,sin β=,对于乙图,sin α=,sin β=,可知仅通过测量ED、
FG的长度便可正确计算出折射率的是图乙,折射率 n==。

3.答案 2.430(2.428~2.432)
λ=·Δx
解析读数为:2 mm+0.01×43.0 mm=2.430 mm,=λ,得:λ=d。

4.答案①0.25 4.8×10-7②D
解析①游标尺上有20个小格,精确度为0.05 mm,游标尺上第五条刻线对齐主尺上某条刻线,则示数为
0.05×5 mm=0.25 mm。

相邻亮(暗)条纹间距Δx= m=λ,解得λ=4.8×10-7 m。

②若条纹数目增加,则相邻亮(暗)条纹间距Δx变小,由Δx=λ知,仅将红色滤光片换成绿色滤光片,λ变小,则Δx变小。

5.答案①1.700②③减小双缝间距离增大双缝到屏的距离
解析(1)①固定刻度读数“1.5”,可动刻度读数“20.0”,故x
2=1.5 mm+20.0×0.01 mm=1.700 mm。

②由Δx=λ,Δx=,可得λ=。

③由Δx=λ可知,对于某种单色光,若要增加相邻亮纹间的距离,可以减小双缝间距离,或增大双缝到屏的距离。

综合提能
1.答案(1)或1.73 (2)P4(3)1
解析(1)根据折射定律有n=,题中θ1=∠EOP3=-∠COP3=60°,θ2=∠AOF=30°,所以
n==≈1.73。

(2)在折射角相同的情况下,图中P4对应的∠EOP4大于P3所对应的∠EOP3,所以P4处对应的折射率大。

(3)因A、O、K在一条直线上,入射角等于折射角,所以K处对应的折射率应为1。

2.答案(1)ADCBE(或EBCDA) (2)ACD
解析(1)双缝干涉仪各组成部分在光具座上的正确顺序为:光源、滤光片、单缝片、双缝片、光屏,或把它们全部倒过来也可,因此,答案为ADCBE或EBCDA。

(2)实验时应使各器件的中心位于遮光筒的轴线上,且使单缝与双缝平行,A正确;白光的干涉图样是
彩色条纹,中央为白色亮条纹,在第一级亮条纹中红色在最外侧,B错误;由Δx=λ得红条纹的间距大于绿条纹的间距,C正确;为了减小误差,应使分划板的中心刻线对齐条纹中心再读数,D正确。