用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率讲义

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82实验测定玻璃的折射率实验用双缝干涉测光的波长

82实验测定玻璃的折射率实验用双缝干涉测光的波长

②根据折射率定义,结合光路的可逆性,有n=
sin sin
θ2 θ1

二、数据处理方法
1.计算法:计算每次折射率n,求出平均值n 。
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2.图像法: 3.单位圆法:
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1-3 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,如图放上玻璃砖(如粗黑线所示),然后插上P3、P4大头针。
元件代号 元件名称
A 光屏
B 双缝
C 白光光源
D 单缝
E 红色滤光片
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将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至 右,表格中光学元件的排列顺序应为 EDBA 。(填写元件代号)
③已知该装置中双缝间距d=0.50 mm,双缝到光屏的距离L=0.50 m, 在光屏上得到的干涉图样如图丁所示,分划板在图中A位置时游标卡尺 如图戊所示,则其示数为 110.65 mm;在B位置时游标卡尺如图己所示。 由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为 7.1×10-7
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O'B及出射点O',连接O、O'得线段OO',则OO'为玻璃砖内的折射光线。 (7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2。 (8)改变入射角,重复实验。记录下每次入射时的 sin θ1 ,并取平均值。
sin θ2
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二、用双缝干涉测光的波长
1.实验原理
相邻两条明条纹间距Δx与入射光波长λ,双缝S1、S2间距d及双缝与屏的
在插P3和P4时,应使 C (选填选项前的字母)。 A.P3只挡住P1的像 B.P4只挡住P2的像 C.P3同时挡住P1、P2的像 答案 C P3应同时挡住P1、P2的像,P4应挡住P3本身和P1、P2的像,故选 项C正确。

《用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率》

《用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率》

用迈克尔逊干涉仪测量玻璃折射率概述在物理实验中,测量不同介质的折射率是一项基础且常见的实验任务。

而在本次实验中,我们将使用迈克尔逊干涉仪测量玻璃的折射率。

迈克尔逊干涉仪是通过将波源光线分为两束并引入两个不同的光程,使得两束光线再次重合形成干涉条纹的干涉仪。

实验步骤1. 实验仪器本实验需要的仪器包括:•迈克尔逊干涉仪•钠光灯•单色仪•玻璃片•三角架•双目镜2. 原理说明在迈克尔逊干涉仪中,将钠光源通过单色仪使其成为单色光,并引入到二阶干涉切块器中,切块器将单色光分成两束通过两个光路产生不同的光程,光程差大到一定的程度,就发生干涉现象。

引入玻璃片后,会对不同波长的光线产生不同的相位差,从而导致干涉条纹的变化。

通过调整干涉仪中的镜片,可以观察到干涉条纹的变化,从而计算出玻璃的折射率。

3. 实验操作步骤1.在实验室中将迈克尔逊干涉仪放置在三角架上,并将钠光灯放置在光源座上,开启钠光灯,后调整单色仪的角度,使得光线呈现出单色性质,即可看见钠光波长(589.3nm)的光线。

2.调整迈克尔逊干涉仪的各个镜片,使得反射的光线分别照射到两块干涉切块器的入口处,并将反射光线中的一束径线调整向墙上的白色纸板。

3.记录下光程差的初始值。

4.在其中一条路程上插入玻璃片,即可看到干涉条纹的变化,分别在不加玻璃片和加上玻璃片两种情况下测量光程差,计算得到玻璃的折射率。

4. 实验注意事项1.实验过程中要注意保持实验环境的稳定性,避免外界因素干扰实验结果。

2.在调整迈克尔逊干涉仪时,要注意准确调整各个镜片的位置,保证光线的正常传输。

3.测量时,需要多次重复实验以保证结果的精度和可靠性。

结束语通过以上操作步骤,就可以使用迈克尔逊干涉仪来测量玻璃的折射率。

实验过程中,可能会遇到一些问题,但通过不断尝试和调整,一定可以得出准确且可靠的实验结果。

用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率实验讲义

用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率实验讲义

用双光栅Lau 效应测量平板玻璃的折射率实验目的:1.了解并掌握双光栅Lau 效应的基本原理。

2.学会利用双光栅Lau 效应法测量平板玻璃的折射率。

实验原理:1948年法国科学家u 在Talbot 自成像效应理论的基础上提出了双光栅Lau 效应,即用扩展光源照明两个相互平行且有一定间距的相同光栅,在无穷远处可以看到平行干涉条纹的效应。

根据Lau 效应(原理简图如图1),使用衍射光栅的基本特性可以得到如下结果,当光栅间距λ2/20∆=k z 时,其中,k=1,2,3,…, Δ为光栅常数,λ为入射光波长,在第二个光栅后无穷远处可以获得最清晰的干涉条纹。

图1 Lau 效应原理简图当扩展光源的平行光垂直入射到第一个光栅(光栅刻线与平行光管狭缝平行),在望远镜视场中可见几条衍射像。

逐渐加宽平行光管的狭缝,视场中的亮线逐渐展宽,成为几个亮带,如图2(a )所示。

这时放置第二个光栅(两光栅的刻线要平行),调整两个光栅的间距,当两光栅间距为(2/2λ∆)的整数倍时,在视场中第一个光栅的亮带内都会出现干涉条纹,如图2(b )所示。

如果在Lau 效应的光路结构中,在双光栅之间插入透明的平板玻璃,可以证明当旋转平板玻璃时,Lau 效应产生的干涉条纹将会随之移动。

根据Lau 效应和光栅成像原理,将厚度为d 、折射率为n 的标准平板玻璃样品置于载物台上,且入射光线垂直于样品,转动平板玻璃样品,出射光线横向位移D 与入射角i 关系为:1/22221sin sin 1sin i D d i n i ⎡⎤⎛⎫-=⋅-⎢⎥ ⎪-⎢⎥⎝⎭⎣⎦(1)图2(a )狭缝对第一光栅的衍射像 图2(b )望远镜视场内看到的Lau 效应其中n 为样品折射率。

随着载物台的转动,望远镜视场中的条纹发生移动,移动的距离为D z f(f 为望远镜物镜焦距)。

干涉条纹间距为s ,当相对于望远镜十字叉丝移动m 个条纹时(建议在本实验中移动10条),有:z D ms f=(2)0z sf∆=(3) 由(1)---(3)可得:1/22221sin sin 1sin i m d i n i ⎡⎤⎛⎫-⎢⎥⋅∆=⋅- ⎪-⎢⎥⎝⎭⎣⎦(4)换上待测样品(厚度为d 1、折射率为n 1),同样操作,入射角度为1i ,望远镜视场中干涉条纹也移动m 条,与标准样品的参数关系式(4)比较可得:2222111121122cos sin 1cos sin sin 1sin d i n i i d i d i n i ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⋅+⎢⎥⎧⎫⎡⎤⎢⎥⎪⎪⎢⎥⎢⎥+-⎨⎬⎢⎥⎢⎥-⎪⎪⎣⎦⎩⎭⎣⎦(5) 利用公式(5),带入参数即可计算出待测样品的折射率。

专题80 测量玻璃的折射率和用双缝干涉实验测量光的波长(解析版)

专题80 测量玻璃的折射率和用双缝干涉实验测量光的波长(解析版)

2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训专题80 测量玻璃的折射率和用双缝干涉实验测量光的波长特训目标特训内容目标1 测量玻璃的折射率(1T—8T)目标2用双缝干涉实验测量光的波长(9T—16T)一、测量玻璃的折射率1.某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率,如图所示。

实验的主要步骤如下:①把白纸用图钉钉在木板上,在白纸上作出直角坐标系xOy,在白纸上画一条线段AO表示入射光线;②把半圆形玻璃砖M放在白纸上,使其底边aa′与Ox轴重合,且圆心恰好位于O点;③在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2;④在坐标系的y<0的区域内竖直地插上大头针P3,并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去,P3能同时挡住P1和P2的像;⑤移开玻璃砖,作OP3连线,用圆规以O点为圆心画一个圆,如图中虚线所示,此圆与AO 线交点为B,与OP3连线的交点为C。

测出B点到x、y轴的距离分别为l1、d1,C点到x、y 轴的距离分别为l2、d2。

(1)根据测出的B、C两点到两坐标轴的距离,可知此玻璃折射率测量值的表达式为n=_________。

(2)若实验中该同学在y <0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到P 1、P 2像,其原因可能是__________。

【答案】 21d d P 1P 2确定的光在aa ′界面上入射角太大发生了全反射 【详解】(1)[1]设光线在x 轴上的入射角为i ,折射角为r ,虚线圆的半径为R ,根据几何关系有1sin d i R= 2sin d r R=则根据折射率公式可得此玻璃折射率的测量值的表达式为21sin sin d r n i d == (2)[2]若实验中该同学在y <0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到P 1、P 2像,则说明光线没有透过玻璃砖,即光在aa ′界面上发生了全发射。

2.图(a )是某同学用平行玻璃砖测玻璃折射率的实验,图中aa ′和bb ′分别代表玻璃砖的两个界面。

玻璃的折射率测量实验方法与数据处理

玻璃的折射率测量实验方法与数据处理

玻璃的折射率测量实验方法与数据处理折射率是衡量光在介质中传播速度变化的指标,也是评估材料光学性质的重要参数之一。

在材料科学和光学研究中,准确测量折射率对于理解光与物质相互作用的机理至关重要。

本文将介绍玻璃的折射率测量实验方法与数据处理。

一、实验方法1. 原理说明玻璃的折射率可以通过测量入射光线在空气与玻璃之间的折射角和折射光线在玻璃与空气之间的折射角,利用斯涅尔定律计算得出。

对于一束从空气垂直入射到玻璃表面的光线,其入射角为i,折射角为r。

根据斯涅尔定律,有折射定律的表达式:n1*sin(i) = n2*sin(r)。

其中,n1为空气的折射率(近似为1),n2为玻璃的折射率。

2. 实验装置为了测量玻璃的折射率,我们需要以下实验装置:- 一束光源- 一个可转动的望远镜和刻度盘- 一块平面玻璃样品- 一个角度测量装置3. 实验步骤(1)将光源对准玻璃表面,使光线垂直入射。

(2)通过调节望远镜和刻度盘的角度,将望远镜准确对准折射光线的方向。

(3)记录入射角和折射角的数值。

(4)重复实验多次,取平均值以提高测量结果的准确性。

二、数据处理为了得到准确的玻璃折射率,我们需要对实验数据进行处理。

1. 数据处理方法(1)计算入射角的正弦值sin(i)和折射角的正弦值sin(r)。

(2)利用斯涅尔定律的公式,根据测得的sin(i)和sin(r)计算折射率n2:n2 = n1 * sin(i) / sin(r)。

2. 典型数据示例为了更好地理解数据处理方法,我们给出一个典型的数据示例。

假设我们测量的入射角为30°,折射角为20°。

代入斯涅尔定律的公式中,可以得到玻璃的折射率。

n2 = 1 * sin(30°) / sin(20°) ≈ 1.5三、结果与讨论通过实验方法和数据处理,我们得到了玻璃的折射率。

玻璃的折射率值通常与材料类型和成分有关。

不同类型的玻璃具有不同的折射率,而且随着光的波长变化,折射率也会有所不同。

测定玻璃折射率课件

测定玻璃折射率课件

临界角测量
使用临界角方法测量玻璃折射率 时,需要将样品放置在支架上, 通过望远镜观察并调节光线角度
,找到临界点。
精度控制
为了获得更精确的折射率数值, 需要多次测量并取平均值。
使用掠入射法测定玻璃折射率
掠入射原理
当光线以很小的角度从玻璃表面 入射时,光线的折射角接近90度
,此时测量折射角比较方便。
阳能电池等领域。
06
参考文献与附录
参考文献
参考文献1 参考文献3
参考文献2 参考文献4
附录
附录1
实验报告模板
附录3
数据记录表格
附录2
实验操作视频
附录4
实验安全须知
THANKS
感谢观看
实验结果的影响。
展望与建议
拓展实验方法
可以尝试使用其他方法来测量 玻璃的折射率,如使用干涉仪
等。
增加实验样品
可以选取不同类型、不同折射 率的玻璃样品进行测量,以验 证实验结果的准确性。
深入研究原理
可以进一步探讨光的折射、反 射等现象的原理,以及它们在 不同介质之间的相互作用。
实际应用价值
可以探讨玻璃折射率在实际应 用中的价值,如光学器件、太
测定玻璃折射率课件
目 录
• 折射率概述 • 测定折射率的方法 • 实验原理及步骤 • 实验结果与讨论 • 实验结论与展望 • 参考文献与附录
01
折射率概述
定义与意义
折射率定义
折射率是描述光在介质中传播速 度减慢程度的物理量,表示光从 一个介质进入另一个介质时发生 折射的能力。
折射率的意义
折射率是光学材料的重要参数之 一,可以反映材料对光的折射、 吸收和传播等特性。

首届全国大学生物理实验竞赛试题解答与考试评析

首届全国大学生物理实验竞赛试题解答与考试评析

首届全国大学生物理实验竞赛试题解答与考试评析陶小平;张权;祝巍;张增明;孙腊珍【摘要】首届全国大学生物理实验竞赛中的基础性试题为“测量霍尔片的电学性质和锑化铟片的磁阻特性”和“用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率”两道题,综合性、研究性试题为“用两种方法研究光在不同浓度罗丹明6G溶液中的传播速度”和“研究氧化铟锡(Indium-Tin Oxide)ITO薄膜的电阻特性”两道题.本文介绍竞赛试题的实验内容、实验原理及部分答案,并对参赛学生的实验考试结果进行分析.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2011(031)011【总页数】7页(P30-36)【关键词】物理实验竞赛;霍尔效应;磁阻效应;Lau效应;折射率;表面等离激元共振(SPR)【作者】陶小平;张权;祝巍;张增明;孙腊珍【作者单位】中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥 230026;中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥 230026;中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥 230026;中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥 230026;中国科学技术大学物理实验教学中心,安徽合肥 230026【正文语种】中文【中图分类】G424.791 引言首届全国大学生物理实验竞赛于2010年12月24日至12月26日在中国科学技术大学物理学院物理实验教学中心举行.本次竞赛由教育部高等教育司主办,高等学校国家级实验教学示范中心联席会协办,中国科学技术大学物理实验教学中心承办.竞赛的宗旨是激发大学生对物理实验的兴趣与潜能,培养大学生的创新能力、实践能力和团队协作意识,促进高等学校物理实验教学的改革.来自全国34个国家级物理实验教学示范中心的34个代表队(4人/代表队)共136名大学生选手参加了本次竞赛.竞赛命题紧紧围绕大赛宗旨,试题分为基础性物理实验和综合性、研究性物理实验题两大类.每代表队由2人分别单独参加2个4h的基础性物理实验题;另2名选手合作参加8h的综合性、研究性物理实验题.经过评审专家组的评审和竞赛组委会审议,评选出一等奖20名(基础性试题8名,综合性、研究性试题12名);二等奖36名(基础性试题16名,综合性、研究性试题20名),三等奖80名(基础性试题44名,综合性、研究性试题36名).中国科学技术大学物理实验教学中心承担了本次竞赛的组织、命题,部分实验仪器装置的研制和实验场地的准备等工作.本文对首届全国大学生物理实验竞赛的考试结果及竞赛中存在的问题进行了分析,希望对促进各高校进一步加强学生实践能力的培养,促进物理实验教学改革提供有益的借鉴.2 基础性试题的解答与评析基础性实验题为“测量霍尔片的电学性质和锑化铟片的磁阻特性”和“用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率”两道题,均在独立实验台上的装置完成,每道题时限4h.2.1 试题1 测量霍尔片的电学性质和锑化铟片的磁阻特性2.1.1 引言1879年,美国物理学家霍尔(Edwin Herbert Hall)发现了霍尔效应(Hall effect).霍尔效应是指在金属或半导体中通以电流,并在垂直于电流方向加一磁场时,在物体中既与磁场又和电流垂直的方向上会产生电势差的现象.1857年,英国物理学家威廉·汤姆逊(William Thomson)发现了磁阻效应(Magnetoresistance effect).磁阻效应是指半导体在外加磁场作用下电阻率增大的现象.当半导体受到与电流方向垂直的磁场作用时,由于半导体中载流子的速度有一定的分布,某些速度的载流子,霍尔电场的作用与洛伦兹力的作用刚好抵消,这些载流子的运动方向不偏转,而大于或小于此速度的载流子,运动方向发生偏转,导致沿电流方向的速度分量减小,电流变弱,从而电阻率增加.2.1.2 实验研究的问题1)测量霍尔片的不等位电势,并判断该材料的导电类型,计算其载流子浓度及电导率;2)研究锑化铟片的电阻与磁感应强度变化的关系,在坐标纸上画出数据点并进行分析.2.1.3 实验仪器1)测量霍尔片电学性质的器材:霍尔片(图1)、电磁铁(具体参量见仪器)、霍尔效应测试仪、双刀双掷开关、导线若干以及小磁针(箭头指向磁感应强度方向).图1 霍尔片霍尔片几何参量:厚度d=0.500mm,宽度b=4.00mm,接点A和B间的距离l =3.00mm.霍尔电压VH为式中EH为霍尔电场,IS为霍尔片的工作电流,B为磁感应强度,RH为霍尔系数,n为载流子浓度,e为电子电量.电导率σ为式中Vσ为不加磁场时接点A和B之间(或接点A′和B′之间)的电压,称为电导电压,S为霍尔片截面面积.图2 锑化铟结构图2)测量锑化铟片磁阻特性的器材:锑化铟片(图2,B为外加磁场的磁感应强度,IS为通过锑化铟片的工作电流)、电磁铁(具体参量见仪器)、稳压电源(5V)、霍尔效应测试仪、滑线式电桥、灵敏电流计、滑动变阻器、电阻箱(0~100kΩ)、双刀开关、单刀开关以及导线若干.2.1.4 实验要求第1小题:测量霍尔片的电学性质(60分)1)利用给定的实验仪器设计实验.2)在工作电流为3.00mA时,测量霍尔片的不等位电势,简述如何消除不等位电势,并在实验中消除之.3)判断霍尔片的导电类型.4)励磁电流在0.600A、并且工作电流在0~4.00mA范围内,测量霍尔电压与工作电流的关系并在坐标纸上作图.5)工作电流在3.00mA、并且励磁电流在0~0.800A范围内,测量霍尔电压与励磁电流的关系并在坐标纸上作图.6)工作电流在0.10mA、并且励磁电流为0时,测量电导电压.7)计算霍尔片的载流子浓度以及电导率.(不要求评估结果的不确定度)第2小题:测量锑化铟片的磁阻特性(40分)1)利用给定的实验仪器设计实验.2)画出测量框图.3)线圈的励磁电流在0~0.800A之间,测量20组以上磁阻数据.4)在坐标纸上标出关系的实验数据点,然后根据实验数据点图,分析与B的关系.其中R(0)是不加磁场时的电阻,ΔR是加磁场后的电阻与不加磁场时电阻的差值,B的单位为T.2.1.5 试题特点及解答1)试题特点作为基础性实验试题,在定题过程中,经过反复地讨论和修改,要求试题既能突出物理基础理论又能充分考查大学生的实践动手能力.第1小题“测量霍尔片的电学性质”,考查了考生对半导体霍尔效应基本理论的理解,及通过霍尔效应确定半导体的性质;实验中要求考生消除霍尔效应的副效应,确定半导体的导电类型,通过霍尔电压和电导电压的测量确定霍尔片的电学性质.第2小题“测量锑化铟片的磁阻特性”,考查了半导体磁阻效应的基础理论,要求考生采用常规的实验器材设计电桥电路,完成半导体电阻随磁场变化的测量,探究锑化铟片电阻随磁感应强度变化的关系.试题难度不大,但内容较多,数据处理量也较大,要求4h内完成,对考生基础理论的理解程度、基本物理仪器的熟练使用程度及基本实验技能的储备都是不小的挑战,笔者认为,该试题较全面地考查了考生的基本知识、基本实验技能及数据处理和分析能力,符合基础性实验试题要求.2)试题解答第1小题解答:利用提供的仪器设备,正确测量出不等位电势;阐述不等位电势的消除方法(换向法、偏置电压法),判断出半导体导电类型为n型;在坐标纸上分别作出霍尔电压与工作电流、霍尔电压与励磁电流的关系,如图3和图4所示,根据上述关系图形,计算出载流子浓度和电导率.(略详解)图3 霍尔电压VH与工作电流IS之间的关系曲线第2小题解答:正确画出测量框图如图5所示;画出关系的实验数据点图如图6所示,并进行分析.(略详解)图4 霍尔电压VH与励磁电流IM之间的关系曲线图5 锑化铟片的磁阻特性实验测量图图6 关系图2.1.6 考试结果及评析表1是对34名参赛学生基础性实验试题1的得分所作的统计.表1 实验试题1的得分实验要求第1小题(60分)第2小题(40分)总分(100分)最高分(人数)59(1人)38(1人)97(1人)最低分(人数)0(1人)0(7人)4(1人)平均分28.44 8.21 36.65标准差15.03 10.59 21.06参赛学生在该试题的各小题得分情况如图7所示,由图7可以看出,第1小题得分情况大致符合高斯分布,这得益于评分标准细化,无论是仪器的组装和测量,还是测量结果的计算和分析,在评分细则中都给出了详尽的得分点.第2小题考生得分普遍偏低,这部分考生在实验过程中未能正确地设计实验和画出实验的测量框图,实验测量结果和数据处理与参考答案不符,或部分考生因为时间关系没有完成实验,导致得分情况偏离高斯分布.但总体上看,得分情况大致符合高斯分布,两小题有一定的区分度.通过具体的统计分析,我们分析如下:1)第1小题突出了实验的基础理论性,涉及较多的物理概念和测量技术.从监考和阅卷中可以看出,霍尔效应中副效应的消除是实验中出现的较普遍的问题,近一半的考生对霍尔效应副效应的产生和消除了解不够,实验测量中,相当部分的考生没有通过改变霍尔片电流和磁场方向来消除副效应,也有部分考生虽然知道需要消除,但实验方法错误,未能通过实验中提供的双刀双掷开关实现电流和磁场换向.不等位电势的测量是本小题另一个考点,约40%考生未能正确测量或没有测量.还有约20%的考生由于未能正确判断材料的导电类型而被扣分.另外,值得一提的是,少数考生由于接线错误而损坏霍尔片,显然,这些考生忽视了试题中的注意事项,对实验的总体完成产生较大影响,本小题的平均得分为28.44分(满分为60分).综合看来,第1小题是对考生的基础理论和实验技术的较全面考察,大约80%的考生完成了此实验.图7 试题1分数直方图2)第2小题要求考生先设计实验,画出测量框图,进而搭建电路并完成测量.从监考和阅卷中可以看出,近一半的考生由于审题不全面或不仔细,没有根据实验提供的器材正确地设计实验.滑线式电桥是本实验提供的主要器材之一,供考生搭建电桥时使用,近40%考生出现测量错误或根本就不会使用,少数考生甚至由于接线错误而损坏锑化铟片,造成这一问题的原因可能与目前的物理实验多采用集成电桥,忽视设计与动手能力有关.根据实验的测量结果画出实验的数据点图,是本小题的另一主要内容,约一半的考生未能正确画出数据点图,或者作图不符合实验规范和要求,当然,还有相当部分的考生由于缺乏参赛经验,时间分配不够合理而未完成答卷,所有这些导致考生得分普遍很低.从统计情况看,本小题的平均得分为8.21分(满分为40分),得分为0分的有7人.综合看来,第2小题是对考生基本实验技能和实验数据处理能力的考察,大约20%的考生完成了此实验.3)总之,基础性试题1强调了实验的基础理论和测量技术,对实验的基本技能、实验数据处理和作图等都有较高的要求,参赛考生的最高分97分,最低分4分,平均分36.65分,考试成绩符合统计高斯分布[图7(c)所示].2.2 试题2 用双光栅Lau效应测量平板玻璃的折射率2.2.1 引言用扩展光源照明2个相互平行且有一定间距的相同光栅,在无穷远处可以看到平行的干涉条纹,此为Lau效应.其实验原理如图8所示,当平行光垂直入射到第一个光栅(光栅刻线与准直管狭缝平行),在望远镜视场中可见到几条衍射亮线.逐渐加宽准直管的狭缝,视场中的亮线随之逐渐展宽,成为几个亮带,如图9(a)所示.这时放置第二个衍射光栅(两光栅的刻线须平行),其后的衍射光发生多束干涉.当两光栅间距Z0为Δ2/2λ的整数倍时(Δ为光栅常量,λ为波长),望远镜视场中的几条亮带中会出现干涉条纹,这是第一个光栅的刻痕在望远镜后焦面上的像,如图9(b)所示,图中s为条纹间距.图8 Lau效应实验原理示意图将厚度为d、折射率为n的标准样品置于载物台上,且入射光线垂直样品,转动载物台,样品后表面出射光线的横向位移D与入射角i(入射光线与样品前表面法线的夹角)关系为[1-2]图9 干涉条纹从入射角i为零时开始转动载物台,随着载物台的转动,望远镜视场中的条纹发生移动.假设条纹移动了m条,其移动的距离为(f为望远镜物镜焦距),有由图9(b)得由(3)~(5)式可得:2.2.2 实验研究的问题将待测样品(厚度为d1、折射率为n1)取代标准样品,按上述操作,使望远镜视场中的干涉条纹同样也移动m条(建议在本实验中取m=10),这时的入射角记为i1.由(6)式可得待测样品的折射率为2.2.3 实验仪器光栅2块(光栅常量相同,20条/mm),钠光灯(=589.3nm),分光计(极限误差±1′),标准样品1块(nD=1.516 3),待测样品2块,螺旋测微计(极限误差±0.004mm),直尺,二维调整架2只,磁性表座2只,万向节4只及系列接杆,铁板1块.2.2.4 实验要求1)根据图8组装实验装置,并画出望远镜视场中Lau效应的图像.建议:由于空间的限制,Z0的范围为6~8cm.(20分)2)测量样品折射率.(65分)a.测量标准样品厚度、入射角,各测量3次.b.测量待测样品1的入射角,测量3次;测量待测样品2的厚度、入射角,各分别测量3次.c.计算待测样品1和待测样品2的折射率.3)计算置信概率P=0.95时标准样品厚度的A类不确定度.已知3次测量的t因子t0.95=4.30.(15分)2.2.5 试题的特点该试题突出了“基础性”要求,参赛学生和带队教师反映该题难度不大.光栅的基本物理原理在大学物理教材和课堂教学中均有,不会使参赛学生感到陌生.本实验所使用的仪器绝大部分是国内高校物理实验中心必备的实验仪器,如:分光计、光栅、钠光灯和螺旋测微计等.使用常见的分光计获得平板玻璃的物理参量,如折射率、光栅常量和角度等,可以考查学生掌握物理基本仪器的能力,以及必备的物理实验技能.实验中光栅的高低、俯仰、旋转采用的是万向杆架(万向节)调整,该杆架调整机构在光学平台上结合磁性表座,可360°相对转动,适用性强,应用方便.使用万向杆架调整光学元件,在高校大学物理实验室中使用率不高,应该讲这对学生是个挑战,相信只有少数优秀的、掌握实验原理和基本功扎实的考生,才能得到正确答案.参赛学生的考试成绩分布表2(对34名参赛学生基础性实验试题2的得分所作的统计)能够说明这一点.由表2可见,本竞赛试题能将考生成绩拉开,使大学物理理论基础扎实、动手能力强的考生能获得较好的成绩.表2 基础性实验试题2学生得分的统计结果得分情况第1小题(20分)第2小题(65分)第3小题(15分)总分(100分)最高分(人数)20(11人)65(1人)15(8人)98(1人)最低分(人数)0(2人)0(1人)0(14人)15(1人)平均分15.74 28.94 7.15 51.85标准差4.63 16.72 6.65 20.222.2.6 考试结果及评析参赛学生在该试题的各小题得分情况如图10所示(横坐标表示分数的区间,纵坐标表示学生人数),由图10中可以看出:图10 基础性试题2的得分情况1)对该试题要求1,在竞赛前,我们对该实验要求做了几次更改,在实验要求中带有提示性,如:由于空间的限制,z0的范围为6~8cm,目的是为了“送分”.统计的结果是该题的平均分达15.74分,其分数段的分布情况如图10(a)所示,完全达到命题的目的.但是,仍有考生由于实验光路搭建或调整上出现了问题,导致在望远镜筒的视场中看不到干涉条纹.我们认为这部分学生对分光计的基本技术没有掌握,搭建光路的基本能力不够扎实.2)测量样品的折射率是本试题的主要部分,是用来考核参赛学生能力的.这部分的平均得分是28.94分(满分是65分),得分≤15分的有10人,得分在16~30分的有10人,得分在31~56分的有12人,获得满分有1人.这部分考生问题出在他们能正确地用螺旋测微器测量样品厚度,能使用分光计平台测量出样品的入射角,但是在计算折射率时只有大约26%的考生计算正确,这可能是由于大部分考生对实验原理理解不够,测量样品时起始角度可能不是0°,也可能是不知道要用对比的方法利用式(7)计算折射率.考生的这些表现可能与他们平时上物理实验课的方式有关.如实验课上教师总会详细地介绍实验步骤,有时甚至还给学生进行示范性操作,而不是让学生根据自己对实验原理的理解来进行设计和实验.因此,我们应加强学生对实验原理理解的基础上自主设计实验方面的能力的培养.3)利用自己所获得的实验数据值,给出置信概率P=0.95时标准样品厚度的A类不确定度.这是用来进一步考核参赛学生处理实验数据、标准差、不确定度和测量结果的表示.在命题时,我们考虑到各高校对B类不确定度和合成标准不确定度的解读稍有不同,所以在考核中仅要求给出A类不确定度.令我们感到吃惊的是此题有14人得0分[如图10(c)所示],另在写测量结果时,有效数字和物理量的单位也是考生失分较多的地方,为避免这类实验问题的发生,我们认为应在大学物理实验的绪论课和基础物理实验中加强学生对实验数据处理的训练.4)图10(d)所示的34名参赛学生所得本题总分的分布情况表明,参赛学生的考试成绩符合统计高斯分布,说明通过本试题能够将基础物理概念清晰、基本实验技能与动手能力强的考生筛选出来.。

2025版高考物理一轮复习课件 实验十七:测量玻璃的折射率 实验十八:用双缝干涉测量光的波长

2025版高考物理一轮复习课件  实验十七:测量玻璃的折射率 实验十八:用双缝干涉测量光的波长

考点二 实验:用双缝干涉测量光的波长
例3 利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电实验:用双缝干涉测量光的波长
(1)实验前打开光源,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 光 具 座 上 先 放 置 b_单__缝___ 和 c_双__缝___ , 再 放 置 a_滤__光__片__,就可以观察到单色光的双缝干涉图样。(均选填“双缝”“单 缝”或“滤光片”)
考点一 实验:测量玻璃的折射率
(2)图像法
改变入射角θ1,测出对应的折射角θ2,作sin θ1-
sin
θ2的图像,由n=
sin sin
θ1 θ2
可知图像应是过原点的
直线,如图所示,其 斜率 为折射率。
考点一 实验:测量玻璃的折射率
(3)“单位圆”法 以入射点 O 为圆心,以一定的长度 R 为半径画圆, 如图所示,sin θ1=EOHE,sin θ2=EO′EH′′,OE=OE′ =R,则 n=ssiinn θθ12=_E__′E__HH_′___。只要用刻度尺量出 EH、E′H′的长度就可以求出 n。
考点一 实验:测量玻璃的折射率
5.误差分析 本实验误差主要来源于入射光线、出射光线确定的准确性以及入射角和 折射角的测量造成的偶然误差。 6.注意事项 (1)实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之 间、P2与O之间、P3与O′之间距离要稍大一些。 (2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。
sin θ1
PN
根据n=_s_in__θ_2_或n=_Q_N__′__计算出玻璃的折射率。
考点一 实验:测量玻璃的折射率
2.实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺(刻度尺)、铅笔。 3.实验步骤 (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、P2两个大头针。

河北省2011年高考物理一轮总复习 光学 第70讲 实验:测定玻璃的折射率 课件 旧人教版

河北省2011年高考物理一轮总复习 光学 第70讲 实验:测定玻璃的折射率 课件 旧人教版

图70-4
四、实验步骤
1.把直径约10 cm、长约1 m的遮光筒水平放在光具座 上,筒的一端装有双缝,另一端装有毛玻璃屏. 2.取下双缝,打开光源,调节光源的高度,使它发出的 光线能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮. 3.放好单缝和双缝,单缝和双缝间的距离约为5 cm~10 cm,使单缝和双缝相互平行,且它们的中心大致位于遮光筒 的中心轴线上.这时在屏上观察白光的双缝干涉图样.

么变化,并求出相应的波长. 五、实验注意事项与误差分析 1.双缝干涉仪是比较精密的仪器,应轻拿轻放,不要随 便拆解遮光筒、测量头等元件. 2.安装时,注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心 均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行. 3.光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近.
4.为了减小测量相邻两亮条纹间距Δx的误差,要采取测

所以只要用刻度尺量出OB、ON的长度,就可以算出折
射率了. 【答案】略. 【点评】用量角器测出的入射角与出射角,一般误差较 大,而且还需要通过查表求其正弦值.将角度的测量转化为 长度的测量之后,可有效地减小误差,且方便实用. 例2 在某次“用双缝干涉测光的波长”的实验中,已 知双缝到光屏之间的距离是600 mm,双缝之间的距离是0.20
面,如图70-6甲所示.然后,在白纸上竖直插上两枚大头针
P1、P2(位置如图).用P1、P2的连线表示入射光线. (1)为了测量折射率,应如何正确使用大头针P3、P4?试
在图中标出P3、P4的位置.
(2)然后,移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的
方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1 与折射角θ2 .简要 写出作图步骤. (3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式. 【解析】 (1)在b一侧观察P1、P2(经bb′折射、aa′反射, 再经bb′折射后)的像,在适当的位臵插上P3,使得P3与P1、 P2 的像在一条直线上,即让P3 挡住P1 、P2 像;再插上P4,让 它挡住P1、P2的像和P3.P3、P4的位臵如图70-6乙所示.

专题75 测定玻璃的折射率、用双缝干涉测光的波长(解析版)

专题75 测定玻璃的折射率、用双缝干涉测光的波长(解析版)

2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题75 测定玻璃的折射率、用双缝干涉测光的波长导练目标导练内容目标1测定玻璃的折射率目标2用双缝干涉测光的波长一、测定玻璃的折射率实验目的测量玻璃的折射率,掌握光线发生折射时入射角和折射角的确定方法。

实验原理如图所示,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,从而得出折射光线OO′和折射角θ2,再根据n=sin θ1sin θ2或n=PNQN′计算出玻璃的折射率。

实验器材白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。

的实验中,实验小组在白纸上放好玻璃砖MNQP,画出玻璃砖与空气的两个界面'aa和'bb(如图),在玻璃砖的一侧插上大头针P1。

(1)接下来他们要完成的步骤可以是______。

A.在玻璃砖的另一侧插上大头针P2,使P2挡住P1的像,撤去玻璃砖,拔出大头针,描绘出光路图;B.在玻璃砖的另一侧插上大头针P2和P3,使P2、P3均能挡住P1的像,撤去玻璃砖,拔出大头针,描绘出光路图;C.在P1的同侧插上大头针P2,在玻璃砖的另一侧插上大头针P3,使P3能同时挡住P1和P2的像,撤去玻璃砖,拔出大头针,描绘出光路图;D.在P1的同侧插上大头针P2,眼睛在另一侧看两个大头针,使P2把P1挡住,在玻璃砖的另一侧插上大头针P 3和P 4,使P 3能同时挡住P 1和P 2的像,使P 4能同时挡住P 3以及P 1和P 2的像,撤去玻璃砖,拔出大头针,描绘出光路图;(2)某次实验中,实验小组一直无法透过玻璃砖看到另一侧的两枚大头针重叠在一起,这可能是因为______。

A .沿两枚大头针的光线没能射入玻璃砖B .沿两枚大头针的光线在进入玻璃砖之后直接从MP 或NQ 侧面射出了C .沿两枚大头针的光线在玻璃砖'aa 或'bb 界面发生了全反射(3)实验小组内的三位学生在实验中①第一位学生在纸上正确画出了玻璃砖的两个折射面'aa 和'bb ,因不慎碰动了玻璃砖,使它向'aa 方向平移了一点(如图1所示),以后的操作都正确无误,并仍以'aa 和'bb 为折射面画出了光路图,这样测出的折射率n 的值将______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

双光栅Lau效应应用实验

双光栅Lau效应应用实验

双光栅Lau效应应用实验1948年法国科学家Ernst Lau用扩展光源照射前后平行放置的两个具有相同光栅常数的衍射光栅,在后方观察到了明暗相间的高对比度条纹,该现象之后被称为Lau效应。

这种非相干光源照明引起的干涉现象被证明与1836年发现的单光栅自成像Talbot效应有着深刻的联系。

1979年Jahns和Lohmann运用几何光学和标量衍射理论解释了Lau效应中的光强分布,此后1981年Sudol和Thompson给出了部分相干光衍射理论的解释,1982年Swanson和Leith又基于双光栅衍射干涉模型对Lau效应和双光栅成像进行了解释。

在国内也有利用杨氏干涉模型对Lau效应给出了解释和分析。

Lau效应可以产生高对比度明暗相间条纹,以此为基础可以构建多种实验和表征方法,如测量折射率、透镜焦距、光源波长、表面形貌表征、光学编码和微振动测量等。

待研究的问题:1.在分光计平台上组装Lau效应实验并用比较法测量平行板玻璃折射率。

2.利用双光栅Lau效应实验测量透镜焦距。

实验原理:1.分光计平台上组装Lau效应实验并用比较法测量平行板玻璃折射率如图1所示G1和G2是两相互平行前后放置具有相同光栅常数的衍射光栅,当用扩展光源从G1前方照射时,在无穷远处观察或使用透镜在焦面上可以观察到干涉条纹的光学现象被称为Lau效应。

图1 双光栅Lau效应原理图利用双光栅干涉衍射原理分析Lau效应过程,可以得到干涉条纹最清晰时两光栅间距应满足:λ2/20∆=k z k=1,2,3, (1)上式中Z 0是两光栅间距,∆是光栅常数,λ是光源波长,当两光栅间距满足(1)式时,光栅后干涉条纹最清楚。

图2 Lau 效应双光栅间平板玻璃旋转示意图如图2所示在Lau 效应的双光栅G1和G2之间插入透明的平行板玻璃,当平行板玻璃绕在自身平面内且与光栅刻线方向平行的轴转动时,双光栅后Lau 效应干涉条纹将会随之移动。

根据Lau 效应和光栅成像原理,平板玻璃样品厚度为d 、折射率为n 置于两光栅间,转动平板玻璃样品时由几何光学关系可得:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=2/1222sin sin 11sin D θθθn d (2) 上式中D 为平行板玻璃转动所引起的光线偏移量,如果用光栅G2对光栅G1成像的观点分析Lau 效应过程,D 也可以认为是透明平行板玻璃旋转引起的光栅G1位移量。

高二物理实验:测定玻璃的折射率、用双缝干涉测量光的波长粤教版知识精讲

高二物理实验:测定玻璃的折射率、用双缝干涉测量光的波长粤教版知识精讲

高二物理实验:测定玻璃的折射率、用双缝干预测量光的波长粤教版【本讲教育信息】一. 教学内容:1. 实验:测定玻璃的折射率2. 实验:用双缝干预测量光的波长二. 知识归纳、总结:〔一〕实验:测定玻璃的折射率1. 实验原理如如下图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移,用插针法找出与入射光线AO 对应的出射光线O ′B ,确定出射点O ′,画出折射光线OO ′,量出入射角θ1和折射角θ2,据n=21sin sin θθ计算出玻璃的折射率。

2. 实验器材白纸,图钉,大头针,直尺,铅笔,量角器,平木板,长方形玻璃砖。

3. 实验步骤与调整安装〔1〕将白纸用图钉按在绘图板上。

〔2〕在白纸上画出一条直线aa ′作为界面〔线〕,过aa ′上的一点O 画出界面的法线NN ′,并画一条线段AO 作为入射光线。

〔3〕把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa ′对齐,画出玻璃砖的另一边bb ′。

〔4〕在直线AO 上竖直插上两枚大头针P 1、P 2,透过玻璃砖观察大头针P 1、P 2的像,调整视线方向直到P 2的像挡住P 1的像,再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P 3、P 4,P 3挡住P 1、P 2的像,P 4挡住P 3与P 1、P 2的像,记下P 3、P 4的位置。

〔5〕移去大头针和玻璃砖,过P 3、P 4所在处作直线O ′B 与bb ′交于O ′,直线O ′B 就代表了沿AO 方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。

〔6〕连接OO ′,入射角θ1=∠AON ,折射角θ2=∠O ′ON ′,用量角器量出入射角和折射角,从三角函数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录在自己设计的表格中。

〔7〕用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角,查出它们的正弦值,填入表格中。

〔8〕算出不同入射角的比值21sin sin θθ,最后求出几次实验中所测21sin sin θθ的平均值,即为玻璃砖的折射率。

玻璃折射率及测量方法

玻璃折射率及测量方法

玻璃折射率及测量方法课程论丈题目:对玻璃折射率测走方法的探究班级:2010级物理学本科班姓名:_________ _学号: ___________________指导老师: _______________对玻璃折射率测定方法的探究摘要:通过不同的方法测定玻璃的折射率,在对实验现象观察的同时,比较不同的方法之间的区别,并将实验结果与真实值比较。

关键词:玻璃,分光计,顶角,偏向角,折射率。

引言:运用钠灯灯光或激光照射玻璃,通过观察折射或反射光的性质来确定玻璃的折射率。

实验方法:(―)最小偏向角法:1.实验仪器与用具:分光计,玻璃三棱镜,钠灯。

2.实验原理:(1)将待测的光学玻璃制成三棱镜,可用最小偏向角法测其折射率力.测量原理见图1,光线a代表一束单色平行光, 以入射角Z投射到棱镜的曲面上,经棱镜两次折射后以X角从另一面射出来,成为光线仅经棱镜两次折射,光线传播方向总的变化可用入射光线a和出射光线&延长线的夹角5来表示,&称为偏向角.由图1可知6 =(11—12)+(14—1$) =Il + l4 —此式表明,对于给定棱镜,其顶角A和折射率厂已定,则偏向角/随入射角N而变,5是久的函数(2)用微商计算可以证明,当1\ = 24或时,即入射光线£和出射光线方对称地“站在”棱镜两旁时,偏向角有最小值,称为最小偏向角,用久表sm -------- -示.此时,有N=〃2, G4+心/2,故” =-------- o用分光计测出棱镜・ Asm —2的顶角4和最小偏向角久,由上式可求得棱镜的折射率力.3.实验内容:3.1棱镜角的测定置光源于准直管的狭缝前,将待测棱镜的折射棱对准准直管,由准直管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。

在棱镜的另外两侧分别找到狭缝像与竖直叉丝重合,分别记录此时分光计的读数岭,%飞,匕,望远镜的两位置所对应的游标读数之差为棱镜角A的两倍。

3.2最小偏向角的测定(1)将待测棱镜放置在棱镜台上,转动望远镜使能清楚地看见钠光经棱镜折射后形成的黄色谱线。

选修3-4 2-2实验一:测定玻璃的折射率、实验二:用双缝干涉测光的波长高品质版

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工具
选考部分 选修3-4 第二章 光 电磁波 相对论简介
1.实验时应调整光源、单缝、双缝和光屏、测量头共轴,单缝和
双缝安装时应竖直且相互平行,遮光筒的轴线要与光具座导轨平行.若 不共轴或单缝与双缝不平行则会引起干涉条纹亮度小,不清晰,不便于 观察和测量. 2.分划板上的刻线应与干涉条纹的亮 (暗 ) 线平行,否则会增大测 量结果的误差. 3.双缝、测量头安装到遮光筒上时要装到底,使各部件的定位面
工具
选考部分 选修3-4 第二章 光 电磁波 相对论简介
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)纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间 满足λ=d·Δx/l.
工具
选考部分 选修3-4 第二章 光 电磁波 相对论简介
双缝干涉仪,即:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、
在棱镜的一侧插入两枚大头使P1的像被P2挡住.接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4, 使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出的大头针位 置和三棱镜轮廓如图所示.
工具
选考部分 选修3-4 第二章 光 电磁波 相对论简介
(1)在本题的图上画出所需的光路;
工具
选考部分 选修3-4 第二章 光 电磁波 相对论简介
1.观察P1、P2的像,确定P3、P4位置时可能出现误差. 2.用量角器测量入射角θ1,折射角θ2时可能出现误差.
工具
选考部分 选修3-4 第二章 光 电磁波 相对论简介
实验二:用双缝干涉测定光的波长
1.理解双缝干涉的原理,能安装和调试仪器. 2.观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉的图样. l 3.掌握用公式Δx= λ测波长的方法. d

高考物理复习 考点50 测定玻璃的折射率 用双缝干涉测光的波长(2021年最新整理)

高考物理复习 考点50 测定玻璃的折射率 用双缝干涉测光的波长(2021年最新整理)

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考点50 测定玻璃的折射率用双缝干涉测光的波长考点名片考点细研究:(1)测定玻璃的折射率;(2)用双缝干涉测光的波长等.其中考查到的如:2016年江苏高考12题B(2)(3)、2015年北京高考第21题(1)、2015年全国卷Ⅰ第34题(1)、2014年大纲卷第17题、2014年江苏高考第12题B(1)、 2012年江苏高考第12题、2012年浙江高考第21题、2012年全国卷第16题、2012年福建高考第19题等。

备考正能量:本考点为高考的重点内容。

考查的形式既有选择题也有填空题,测定玻璃的折射率、用双缝干涉测光的波长仍然是今后高考命题的热点和重点,复习时应引起足够的重视。

一、基础与经典1。

(多选)某同学在测定玻璃折射率的实验中,使用的是半圆形玻璃砖,P1、P2、P3、P4是按顺序插在软木板上的大头针,如图所示.下列关于实验操作中的做法正确的是()A.任意选取P1、P2连线的方向和入射点A的位置,都可以在圆弧右侧适当位置处插上第三枚大头针,使其同时挡住P1、P2的像B.如果入射点A恰在玻璃砖圆心处,可不使用大头针P4C.可以用P1、P2连线作为入射光线,也可以用P4、P3连线作为入射光线D.为减小误差,P1、P2间距和P3、P4间距应适当大一些答案BCD解析任何光线都能从空气射进玻璃,但从玻璃射向空气时可能会发生全反射,若选取的P、P2连线方向和入射点A的位置不合适,即当AB光线在玻璃砖内的入射角大于全反射临界角1时,玻璃砖的右侧不会有光线射出,故A选项错误;如果入射点A恰在玻璃砖圆心处,则折射光线沿径向射入玻璃砖,也能沿径向射出玻璃砖,插上P3即可作出折射光线,又根据光路可逆,可知B、C选项正确;D选项是做实验时减小误差的一种做法,故D选项正确.2。

实验:测定玻璃的折射率 用双缝干涉测光的波长

实验:测定玻璃的折射率 用双缝干涉测光的波长

L d Δx= d λ,由此得波长λ=LΔx,因此只要测得d、L、Δx即可测得波 长. Δx的测量可用测量头完成,如图14-4-9所示,测量头由分划
板、目镜、手轮等构成.通过测量头可清晰地看到干涉条纹,分划板 上中心有刻线,以此作标准,并根据手轮的读数可求得Δx,由于Δx较 小,可测出n条亮(或暗)条纹的间距a,则相邻亮(或暗)条纹间的距离Δx a = . n-1
1.测定玻璃的折射率时,为了减小实验误差,应 该注意的是( ) A.玻璃砖的宽度宜大些 B.入射角应尽量小些 C.大头针应垂直地插在纸面上 D.大头针P1 、P2 及P3 、P4 之间的距离应适当大 些
解析:玻璃砖的宽度大些,在某一入射角时,折 射光线出射时其侧移明显,便于插针和测量,减 小误差,A对;入射角若尽量小,则光在玻璃中 的折射角更小,增大了测量的相对误差,B错; 大头针之间的距离适当远些,且垂直地插在纸面 上,可使出射光线和折射光线定位准确,从而减 小实验误差. 答案:ACD
图 14-4-4
解析:由sinθ1-sinθ2的图像可知, sinθ1 1 = =1.5>1,而介质的折射率都比真空(或空气)的折射率 sinθ2 0.67 n0=1大,故光是从空气射入玻璃的,入射角为θ1,A项正确.由折射 率的定义知n=1.5,C正确,B错误.由临界角定义知临界角的正弦值 1 sinθ= =0.67,D正确. n
图14-4-3
3.某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的 多组入射角θ1与折射角θ2作出sinθ1-sinθ2的图像 如图14-4-4所示.下列判断中正确的是( ) A.他做实验时,研究的是光线从空气射入玻璃 的折射现象 B.玻璃的折射率为0.67 C.玻璃的折射率为1.5 D.玻璃临界角的正弦值为0.67
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用双光栅Lau 效应测量平板玻璃的折射率
实验目的:
1.了解并掌握双光栅Lau 效应的基本原理。

2.学会利用双光栅Lau 效应法测量平板玻璃的折射率。

实验原理:
1948年法国科学家u 在Talbot 自成像效应理论的基础上提出了双光栅Lau 效应,即用扩展光源照明两个相互平行且有一定间距的相同光栅,在无穷远处可以看到平行干涉条纹的效应。

根据Lau 效应(原理简图如图1),使用衍射光栅的基本特性可以得到如下结果,当光栅间距λ2/20
∆=k z 时,其中,k=1,2,3,…, Δ为光栅常数,λ
为入射光波长,在第二个光栅后无穷远处可以获得最清晰的干涉条纹。

图1 Lau 效应原理简图
当扩展光源的平行光垂直入射到第一个光栅(光栅刻线与平行光管狭缝平行),在望远镜视场中可见几条衍射像。

逐渐加宽平行光管的狭缝,视场中的亮线逐渐展宽,成为几个亮带,如图2(a )所示。

这时放置第二个光栅(两光栅的刻线要平行),调整两个光栅的间距,当两光栅间距为(2
/2λ∆
)的整数倍
时,在视场中第一个光栅的亮带内都会出现干涉条纹,如图2(b )所示。

如果在Lau 效应的光路结构中,在双光栅之间插入透明的平板玻璃,可以证明当旋转平板玻璃时,Lau 效应产生的干涉条纹将会随之移动。

根据Lau 效应
和光栅成像原理,将厚度为d 、折射率为n 的标准平板玻璃样品置于载物台上,且入射光线垂直于样品,转动平板玻璃样品,出射光线横向位移D 与入射角i 关系为:
1/22221sin sin 1sin i D d i n i ⎡⎤
⎛⎫-=⋅-⎢⎥ ⎪-⎢⎥⎝⎭⎣⎦
(1)
图2(a )狭缝对第一光栅的衍射像 图2(b )望远镜视场内看到的Lau 效应
其中n 为样品折射率。

随着载物台的转动,望远镜视场中的条纹发生移动,移动的距离为
D z f
(f 为望远镜物镜焦距)。

干涉条纹间距为s ,当相对于望远镜十字叉丝移动m 个条纹时(建议在本实验中移动10条),有:
z D ms f
=
(2)
0z s
f
∆=
(3) 由(1)---(3)可得:
1/222
21sin sin 1sin i m d i n i ⎡⎤
⎛⎫-⎢⎥⋅∆=⋅- ⎪-⎢⎥⎝⎭⎣⎦
(4)
换上待测样品(厚度为d 1、折射率为n 1),同样操作,入射角度为1i ,望远镜视场中干涉条纹也移动m 条,与标准样品的参数关系式(4)比较可得:
2222
11112
1122cos sin 1cos sin sin 1sin d i n i i d i d i n i ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥
=⋅+⎢
⎥⎧⎫
⎡⎤⎢⎥⎪
⎪⎢
⎥⎢⎥+-⎨⎬⎢⎥⎢⎥-⎪
⎪⎣⎦⎩

⎣⎦
(5) 利用公式(5),带入参数即可计算出待测样品的折射率。

实验仪器:
光栅两块(光栅常数相同,20条/mm ),钠光灯(nm 3.589=λ),分光计(极限误差'1±),标准样品一块( 1.5163D n =),待测样品一块,直尺,万向节四只,铁板一块,支杆若干。

实验基础内容:
1 根据Lau 效应实验原理组装利用分光计平台测量平板玻璃样品折射率的实验装置。

建议:由于空间的限制,0z 的范围为6~8cm.
2 采用比较法测量样品折射率(标准样品一块;待测样品一块)。

(1)测量载物台上放置标准样品时亮条纹移动10条时的入射角, 测量3次。

即记录样品与光栅平行放置的起始位置和旋转样品移动10条条纹后的终点位置的角度刻度,每次都应读取刻度盘相对两边的读数以减小偏心差。

(2)测量待测样品的入射角,测量3次,测量方法与标准样品一致。

(3)计算待测样品的折射率。

3 测量结果误差分析。

定性分析实验过程中各个操作步骤可能带来的误差及其对结果的影响。

实验步骤:
1. 调整好分光计,即达到:
① 平行光管发出平行光;
② 望远镜对平行光聚焦(即接收平行光); ③ 望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。

④平台面垂直于仪器公共轴
2.打开钠光灯,3-5分钟后亮度正常;将钠光灯源、平行光管、望远镜调整在
一条直线上;这时在阿贝目镜中应看到清晰的分化板和狭缝像,且狭缝像处于分划板的中央。

3.将两光栅垂直置于光路中,位置在载物平台的正上方,两光栅间距建议距离
6~8厘米左右;目视两光栅基本平行
4.将狭缝逐渐开大,在目镜视场中会看到条状光栅的衍射像(012
±±,);栅狭缝大小的选取。

建议:在视场中看到亮的条状光栅的衍射像的宽度和暗条宽度比在1:5~1:2
5.调整万向节上的方向旋钮,使光栅刻线相互平行;直到在各级衍射像的背景
上出现平行等间距条纹
6.将标准样品放入载物台,记下起始读数,转动载物平台,使衍射像背景上的
条纹移动10条,记下分光计转盘读数;重复三次,将数据填入表格
7.取下样品,将待测样品放入光路中,使待测样品的表面垂直光路主光轴;
8.记下起始读数,转动载物平台,使衍射像背景上的条纹移动10条,记下分
光计转盘读数;重复三次,将数据填入表格
9.计算待测样品的折射率并进行误差分析(要求定性分析实验各部操作带来的
误差情况)。

两光栅间距(mm):
基本加强性教学实验(选做)
试推导本实验结果的不确定度传递公式,注意可以认为待测样品和标准样品的厚度都为标准值,用推导得到的公式分析实验结果的不确定度。

用本实验的实验方法,测量重火石玻璃样品的折射率。

基础研究性教学实验(增选)
结合本实验实验原理,如何测量透明液体的折射率,请给出实验设计方案及测量用计算公式。

思考题:
∆整数倍时,干涉条纹最清晰。

1.试推导为什么两光栅间距满足2/2λ
2试分析试验中各测量数值的误差和试验中能带来误差的因素都有哪些?。

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