2020年高考物理总复习：实验：测定玻璃的折射率

【答案】(1)0.25 4.8×10－7 (2)D
2．用双缝干涉测光的波长，实验装置如图甲所示．用 测量头来测量亮纹中心的距离．测量头由分划板、目镜(如图乙所示)，记下此时手轮 上的螺旋测微器读数，转动测量头，使分划板中心刻线 对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数．
【解析】(1)确定 P3 大头针的位置的方法是插上大 头针 P3，使 P3 挡住 P1、P2 的像．确定 P4 大头针的位置
的方法是插上大头针 P4，使 P4 挡住 P3 和 P1、P2 的像，
A、C 错误，B、D 正确．
(2)如图，光线在 aa′面的折射角为 α，折射角为 β，
则根据折射定律得：玻璃砖的折射率 n＝ssiinn
(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．若他对实验装置作了一下改动后， 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．仅将红色滤芯光片换成绿色的滤芯光片
(4)光波波长很短，Δx、L 的测量对波长 λ 的影响 很大，L 用毫米刻度尺测量，Δx 利用测量头测量．可 测多条亮纹间距再求Δx，采用多次测量求 λ 的平均值 法，可减小误差．
考点1 ► 测定玻璃的折射率
例 1 如图所示，某同学利用方格坐标 纸测定半圆形玻璃砖的折射率，OA 是 画在纸上的直线，他在直线 OA 适当位 置先后竖直插上 P1、P2 两枚大头针， 如图所示放上玻璃砖(如粗黑线所示)， 然后插上 P3、P4 大头针．
(4)实验时入射角不宜__过__小___，否则会使入射角和折 射角的值偏小，增大测量误差；入射角也不宜__过__大____， 否则在 bb′一侧要么看不到 P1、P2 的虚像，要么看到 P1、 P2 的像模糊不清，并且变粗，不便于插__大__头___针__P_3、___P_4_．
(5)由于要多次改变入射角的大小重复实验，所以 入射光线与出射光线要一一对应编号，以免混乱．
二、用双缝干涉测量光的波长 1．实验目的 观察干涉图样，测定光的波长． 2．实验器材 双缝干涉仪(包括光具座、光源、滤光片、单缝、 双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头)、刻度尺． 3．实验原理
双缝干涉中相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx 与波 长 λ、双缝间距离 d 及双缝到屏的距离 L 满足Δx＝
L ___d__λ__．因此，只要测出Δx、d 和 L，即可求出波长
(3)该同学在插大头针 P3 前不小心将玻璃砖以 O 为 圆心顺时针转过一小角度，折射光线将顺时针转动，而
作图时仍以转动前玻璃砖直线边缘为边界，AB 为法线，
则入射角
i
不变，折射角
r
增大，由折射率公式
n＝ssiinn
r i
可知，测得玻璃砖的折射率将偏大．
【答案】(1)透过玻璃砖看，使 P3 挡住 P1、P2 的 像 (2)1.5 (3)偏大
1．如图所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的
实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃
砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面 aa′ 和 bb′.O 为直线 AO 与 aa′的交点．在直线 OA 上竖直 地插上 P1、P2 两枚大头针．
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有__B_D___． A．插上大头针 P3，使 P3 仅挡住 P2 的像 B．插上大头针 P3，使 P3 挡住 P1 的像和 P2 的像 C．插上大头针 P4，使 P4 仅挡住 P3 D．插上大头针 P4，使 P4 挡住 P3 和 P1、P2 的像 (2)过 P3、P4 作直线交 bb′于 O′，过 O 作垂直于 aa′ 的直线 NN′，连接 OO′测量图中角 α 和 β 的大小．则玻
⑤观察白光的干涉条纹． ⑥在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉 条纹． (2)测定单色光的波长
①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹． ②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下 手轮上的读数 a1，转动手轮，使分划板中心刻线移动， 记下移动的条纹数 n 和移动后手轮的读数 a2，a1 与 a2 之差即 n 条亮纹的间距． ③用刻度尺测量双___缝__到__光__屏__间__距__离__L_(d 是已知的)． ④重复测量、计算，求出波长的平均值．
(10)用上面的方法分别作出入射角是 30°、45°、 60°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这 些数据也记在表格里．
(11)算出不同入射角时ssiinn θθ12的值，比较一下，看
它们是否接近一个常数，求出几次实验中所测ssiinn θθ12的
平均值，这就是玻璃的折射率．
(12)也可用如下方法求折射率 n. 用圆规以 O 为圆心，任意长为半径画圆，交入射 线于 P 点，交折射线于 Q 点；过 P 作法线的垂线，交 于 N，过 Q 作法线的垂线，交于 N′；用刻度尺分别测 出 PN 和 QN′之长，则 n＝QPNN′.
sin α
璃砖的折射率 n＝__si_n__β__．
(3)如果在实验过程中不小心将玻璃砖向上平移了 一些，bb′移到图中虚线位置，而在作光路图时 aa′不 变 ， 则 所 测 得 的 折 射 率 将 __偏__大____( 填 “ 偏 大 ”“ 偏 小”或“不变”)．
(4)若所使用的玻璃砖的 bb′与 aa′不平行，其他操 作无误，则所测得的折射率将__不__变___(填“偏大”“偏 小”或“不变”)．
(2)对实验装置作了一下改动后，在像屏上仍能观察 到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，可以知道各条纹 的宽度减小，由公式 λ＝d·ΔL x得：Δx＝Ldλ，仅将滤光 片移至单缝和双缝之间，λ、L 与 d 都不变，则Δx 不 变，A 错误；仅将单缝远离双缝移动少许，λ、L 与 d 都不变，则Δx 不变，B 错误；仅将单缝与双缝的位置 互换，将不能正常观察双缝干涉，C 错误；仅将红色滤 光片换成绿色的滤光片，λ减小，L 与 d 都不变，则 Δx 减小，D 正确．
P3、P4 引直线 O′B 与 bb′交于 O′点，连接 OO′，OO′ 就是玻璃砖内的折射光线的方向，入射角 θ1＝∠__A__O_N_， 折射角 θ2＝∠__O__′O__N_′_．
(8)用量角器量出入射角θ1 和折射角 θ2 的度数． (9)从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，
记入自己设计的表格里．
【解析】(1)透过玻璃砖看，P3 大头针挡住 P1、P2 两 枚大头针的像；
(2)如图，作出法线，过圆与入射光线与折射光线的 交点作法线的垂线 CA 和 DB，由数学知识得：
入射角和折射角的正弦值分别为 sin i＝CCOA，sin r＝ DBDO，其中，CO＝DO，则折射率 n＝ssiinn ri＝CBDA＝64＝1.5；
(5)在玻璃砖的 bb′一侧竖直地插上大头针 P3，用眼 睛观察调整视线要使 P3 能同时挡住__P_1_和__P_2_的__像_____．
(6)同样地在玻璃砖的 bb′一侧再竖直地插上大头针 P4，使 P4 能挡住 P3 本身和 P1、P2 的像．
(7)记下 P3、P4 的位置，移去玻璃砖和大头针，过
α β.
(3)如果在实验过程中不小心将玻 璃砖向上平移了一些，bb′移到图中
虚线位置，而在作光路图时 aa′不变， 作出光路图：线①表示作图时所用的 光路，线②表示实际的光路，可见，测量得到的入射角 没有变化，而折射角偏小，根据折射率公式 n＝ssiinn ri可 知，所测得的折射率将偏大．
(4)测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无 关．所以若所使用的玻璃砖的 bb′边与 aa′不平行(如图 所示)，其他操作无误，则所测得的折射率将不变．
【解析】(1)图中游标卡尺的主尺的刻度为 0，游标 尺的第 5 刻度与上边对齐，则读数为：0 mm＋0.05×5 ＝0.25 mm；A 到 B 条纹间的距离为 8.40 mm，由图可 以知道 A 到 B 条纹间的距离为 5 个条纹宽度，则： Δx＝8.540 mm＝1.68 mm；根据公式Δx＝Ldλ 得：λ＝ d·ΔL x＝0.207×001.68 mm≈4.8×10－7 m
(1)其中他确定 P3 大头针位置的方法是_______．
(2)若该同学实验操作规范准确，其记录的情况如图
所示．该同学还用圆规做了一个以 O 为圆心，半径与 玻璃砖相同的半圆(如图中虚线所示)．请算出玻璃砖的 折射率 n＝________．
(3)该同学在插大头针 P3 前不小心将玻璃砖绕圆心 顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将 ________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
(1)分划板的中心刻线分别对准第 1 条和第 4 条亮纹
的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第 1 条时
读数 x1＝__2_._1_9_0__ mm(允许误差)、对准第 4 条时读数 x2＝__7_.8_6_8__ mm(允许误差)．
第 5 节 实验：测定玻璃的折射率 用双缝干涉测光的波长
一、实验“测定玻璃的折射率” 1．实验目的 测定玻璃的折射率． 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．实验原理
折射率公式 n＝__ssiinn θθ12__．
4．实验步骤 (1)把白纸用图钉钉在木板上． (2)在白纸上画一条直线 aa′作为界面，画一条线段 AO 作为入__射__光___线_，并过 O 点画出界面 aa′的法线 NN′. (3)把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一条边跟 aa′对齐，并画出玻璃砖的另一个长边 bb′. (4)在 AO 线段上竖直地插上两枚大头针 P1、P2.
λ.
4．实验步骤 (1)观察双缝干涉图样 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上， 如图所示．
②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光． ③调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴 线到达光屏． ④安装单缝和双缝，使双缝与单缝的缝__平__行___， 二者间距__5_～__1_0_c_m__．