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(共28张PPT)
第十三章
光　电磁波　相对论
实验十九　用双缝干涉实验测量光的波长
实验知识·自主回顾
核心考点·重点突破
2年高考·1年模拟
实验知识·自主回顾
一、实验目的
1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件。
2．观察白光和单色光的双缝干涉图样。
3．测量单色光的波长。
三、实验器材
双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。
四、实验步骤
(1)安装仪器：
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
②接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。
③安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。
(2)观察与记录：
①调单缝与双缝间距为5～10 cm时，观察白光的干涉条纹。
②在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
④换用不同的滤光片，测量其他色光的波长。
五、注意事项
(1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。
(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离。
(4)不要直接测Δx，要测几个条纹的间距，计算得Δx，这样可以减小误差。
(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外边。
特别提醒：(1)实验中滤光片的作用是获得单色光，要测量某种单色光的波长，实验中必须使用滤光片。
(2)单缝相当于一个单色光光源，双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源。
核心考点·重点突破
考点
实验原理及数据分析
(2023·广东高三开学考试)某学习小组要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其实验装置如图所示。
例
(1)为测量该单色光的干涉条纹宽度，各仪器安装位置如图所示，图中A为滤光片，B为______(填“单缝”或“双缝”)，C为______(填“单缝”或“双缝”)。
(2)在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时：
①观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝______(填“垂直”或“平行”)，从而使条纹变得清晰。
②要想增加从目镜中观察到的条纹个数，需将毛玻璃屏向______(填“靠近”或“远离”)双缝的方向移动。
单缝
双缝
平行
靠近
(3)下列图示中条纹间距表示正确是___(填正确答案标号)。
A B
C D
C
(4)在实验前已获知的数据有双缝间的距离d和双缝与毛玻璃屏之间的距离L，通过测量头观察到第N1条亮条纹的读数为Y1，观察到第N2条
亮条纹的读数为Y2，请写出计算该单色光波长的表达式λ＝_________。
[解析]　(1)图中A为滤光片，B为单缝，C为双缝。
(2)①观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝平行，使条纹变得更清晰。
2年高考·1年模拟
1.(2023·北京市十一学校高三模拟)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。物理小组用如图甲所示的实验装置测光的波长。
(1)实验仪器。如图乙所示，将测量头的分划板中心刻线与A亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数x1＝2.331 mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与B亮纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数x6＝_________________________________mm；
15.376(15.375～15.379范围内均可)
(2)实验原理。已知双缝间距d＝0.3 mm，双缝到屏的距离l＝1.2
m，由计算式λ＝_________，可得所测光的波长为__________ m(计算式用题中出现的字母表示，波长保留两位有效数字)；
(3)误差分析。在其他操作都正确的前提下，下列操作中一定会使测量结果偏小的是___。
A．数到第7条明条纹时误记为第6条
B．测量相邻两条亮条纹的间距作为Δx
C．测量单缝到屏的距离作为l
D．测间距时使分划板中心刻线与暗条纹中心对齐
6.5×10－7
C
(3)数到第7条明条纹时误记为第6条，由λ表达式可知测量值偏大，故A不符合题意；测量相邻两条亮条纹的间距作为Δx，虽然没有通过累积法而减小误差，但测量结果不一定偏小，也可能偏大，故B不符合题意；测量单缝到屏的距离作为l，即l比真实值偏大，根据λ表达式可知测量值偏小，故C符合题意；测间距时使分划板中心刻线与暗条纹中心对齐，由于明暗条纹宽度相同，所以该操作对实验结果无影响，故D不符合题意。
2．(2023·山东烟台高三专题练习)寒假期间小明利用图甲所示生活中的物品，测量了某型号刀片的厚度。
实验过程如下：
(1)点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑；
(2)并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕；
(3)如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。
(4)打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上。
(5)观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为__________ cm，则两相邻暗纹中心之间的距离Δy＝______ cm。
10.50
2.1
(6)测量玻璃片到光屏的距离L＝3.00 m，已知该红色激光的波长λ＝700 nm，利用公式求出双划痕间距d＝_________mm，即为刀片厚度(结果保留两位有效数字)。
0.10(共35张PPT)
第十三章
光　电磁波　相对论
实验十八　测量玻璃的折射率
实验知识·自主回顾
核心考点·重点突破
2年高考·1年模拟
实验知识·自主回顾
一、实验目的
测量玻璃的折射率。
二、实验原理
三、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、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°)。太大时反射光较强，出射光较弱；太小时入射角、折射角测量的相对误差较大。
(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
4．数据处理的三种方法
(1)单位圆法：以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，如图所示。
核心考点·重点突破
考点一
教材原型实验
例1 (2023·辽宁高三课时练习)某小组同学用插针法测定玻璃砖的折射率，实验装置如图甲所示。
(1)关于实验操作，下列说法中正确的是___。
A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像
B．为减小测量误差，P1、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量小些
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些
C
D．若P1、P2的连线与法线NN′夹角较大时，有可能在bb′面发生全反射，所以在bb′一侧就看不到P1、P2的像
(2)甲、乙二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乙中①、②所示，其中甲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。则甲同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比______(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
偏小
不变
[解析]　(1)根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射，则即使P1、P2的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像，故AD错误；为减小测量误差，入射角应适当大一些，则P1、P2的连线与法线NN′的夹角应适量大些，故B错误；为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，故C正确。
(2)图①甲同学测定折射率时，作出的折射光线如图中虚线所示，实线表示实际光线，可见测得的折射角偏大，则由折射定律可知，甲同学测得的折射率与真实值相比将偏小。
图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
考点二
实验拓展创新
本实验的常见创新如下
实验设计 的创新 　
利用激光笔结合标尺分析光点的
位置变化替代插针法
实验器材 的创新 　
由测液体的折射率替代测玻璃
砖的折射率
某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距
离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm。玻璃
的折射率n＝_________，光在玻璃中传播速度
v＝______________ m/s(光在真空中传播速度
c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)。
例2
1.2
2.5×108
2年高考·1年模拟
A
2．(2023·河南高三阶段检测)用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光线。
(1)在图甲上补画出光路以及入射角i和折射角r；
[答案]　见解析
(2)用所测物理量计算折射率的公式为n＝_____；
(3)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当_________(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)；
(4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃砖的折射率n＝_________。
小一些
1.5
[解析]　(1)连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示。
3．(2023·湖南高三月考)学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2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的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住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，就可直接读出液体折射率的值，则：
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为____。
(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？
答：________________________________。
(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为____。
P4处对应的折射率的值大
1
4．(2021·全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路，O和O′分别是入射点和出射点。如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5.0 mm。
(1)求玻璃砖的折射率；
(2)用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上、下表面的夹角。

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