资源简介 第72课时 实验十八:测量玻璃的折射率实验十九:用双缝干涉实验测量光的波长[学习目标] 1.掌握光线发生折射时入射角和折射角的确定方法。2.掌握由Δx=λ测量光的波长的原理,并会测单色光波长。(一)测量玻璃的折射率原理与器材 实验操作 注意事项1.通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B,从而画出折射光线OO′。 2.求出折射角θ2,再根据n=计算出玻璃的折射率。 3.玻璃砖应该用厚度较大的。 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NN′。 3.画出线段AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两根大头针。 4.在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐,并画出另一条长边的对齐线bb′。 5.眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2的像。 6.移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′,连接O、O′得线段OO′。 7.用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。 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°)。 3.操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,也不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。 4.实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。数据 处理 1.计算法:算出不同入射角时的n=,并取平均值。 2.作sin θ1-sin θ2图像:由n=可知图像应是过原点的直线,如图甲所示,其斜率为折射率n。 3.“单位圆”法: 如图乙所示,sin θ1=,sin θ2=,OE=OE′=R,则n==。误差 分析 1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故入射侧、出射侧所插两枚大头针的间距应大一些。 2.入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差。教材原型实验[典例1] (1)(多选)如图1所示,某同学在“测量玻璃的折射率”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AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。下面关于该实验的说法正确的是________。A.插上大头针P3,使P3挡住P2、P1的像B.插上大头针P4,使P4挡住P3和P2、P1的像C.为了减小作图误差,P3和P4的距离应适当大些D.为减小测量误差,P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好E.若将该玻璃砖换为半圆形玻璃砖,仍可用此方法测量玻璃的折射率(2)该同学在测量入射角和折射角时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,用圆规以O点为圆心,OA为半径画圆,交OO′延长线于C点,过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点,如图2所示,若他测得AB=7.5 cm,CD=5 cm,则可求出玻璃的折射率n=________。(3)若该同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图3所示,他的其他操作均正确,且均以aa′、bb′为界面画光路图。则该同学测得的折射率测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 拓展创新实验[典例2] (2025·海南卷)测量某半圆形玻璃砖的折射率,操作步骤如下:Ⅰ.在白纸上画一条直线,半圆形玻璃砖放白纸上,玻璃砖直径与直线重合,描出直径两端点A和B,取走玻璃砖,用刻度尺求圆心O点,过O点作AB垂线CO,放回玻璃砖,将光屏垂直AB贴近玻璃砖A点放置。Ⅱ.沿玻璃砖由C向B缓慢移动激光笔,使得入射光线平行纸面且始终沿着半径方向射向圆心O,从玻璃砖射出的激光在AB下方的光屏上恰好消失,记下激光入射点D,取走玻璃砖,过D点作CO的垂线DE。(1)步骤Ⅱ中,当激光从D点入射到O点在AB面下方光屏上恰好消失时是光的________。A.色散现象B.衍射现象C.全反射现象(2)用刻度尺测得OB=4.00 cm、DE=2.50 cm,则玻璃砖的折射率n=________。______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 本题的创新点体现在两方面:(1)实验器材的创新:本实验用半圆形玻璃砖替代长方体玻璃砖,利用激光笔光线替代插针法。(2)实验原理的创新:利用全反射确定位置,进而求玻璃砖的折射率。(二)用双缝干涉实验测量光的波长实验原理 实验操作 注意事项如图所示,相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ、双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l满足关系式Δx=λ,因此,只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 1.安装仪器(如图) (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,使光源发出的光能沿遮光筒的轴线到达光屏。 (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)调节单缝与双缝间距为5~10 cm,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。 (3)调节测量头,使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a2,则相邻两亮条纹间的距离Δx=。 (4)换用不同的滤光片,测量其他色光的波长。 1.调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的光束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亮条纹的中心对齐且和干涉条纹平行。 4.不要直接测量Δx,要测得多条亮条纹的间距再计算得到Δx,这样可以减小误差。数据 处理 1.条纹间距:Δx=。 2.波长:λ=Δx。 3.测量多组数据,求λ的平均值。误差 分析 1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。 2.测条纹间距Δx带来的误差如下: (1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。 (2)误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。 (3)分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。 (4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清。教材原型实验[典例3] (2025·四川成都七中期末检测)利用双缝干涉测定光的波长的实验中,双缝间距d=0.4 mm,双缝到光屏间的距离L=0.5 m,实验时,接通电源使光源正常发光,调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,则该同学可________。A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝(2)某种单色光照射双缝得到的干涉条纹如图所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺的读数也如图中所给出,则:①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为xA=11.1 mm,在B位置时游标卡尺的读数为xB=________ mm,相邻两条纹间距Δx=________ mm。②该单色光的波长λ=________ nm。(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。拓展创新实验[典例4] 洛埃利在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示,从单缝S发出的光,一部分入射到平面镜后反射到屏上,另一部分直接投射到屏上,在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。(1)通过洛埃镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹,这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝,________相当于另一个“缝”。(2)实验表明,光从光疏介质射向光密介质,界面发生反射时,在入射角接近90°时,反射光与入射光相比,相位有π的变化,即半波损失。已知h D,如果把平面镜移动到和光屏接触,接触点P处是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。(3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0.15 mm,单缝到光屏的距离D=1.2 m,观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm,则该单色光的波长λ=________ m(结果保留3位有效数字)。 本实验的创新之处在于利用单缝和平面镜做“用双缝干涉测量光的波长”的实验时,S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”,这样平面镜对单缝成像,相当于双缝,满足干涉条件,能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。第72课时 实验十八:测量玻璃的折射率实验十九:用双缝干涉实验测量光的波长(一)实验探究·创新突破类型1典例1 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,故A、B正确;根据“两点确定一条直线”知,大头针间的距离太小,引起的作图误差会较大,故P3、P4之间的距离适当大些,可以提高准确度,故C正确;入射角θ1即P1和P2的连线与法线的夹角尽量大些,即P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角适当小些,折射角也会大些,折射现象较明显,测量角度的相对误差会减小,故D错误;本实验中采用挡像法进行测量,对于半圆形玻璃砖同样可以确定入射光线和折射光线,故可以确定折射率,故E正确。(2)玻璃的折射率n1.5。(3)如图所示:实线为作出的实际光路图,虚线为以aa'、bb'为界面、以大头针留的痕迹作为出射光线画的实验光路图,比较实际光路图的折射角与实验光路图的折射角关系可知,折射角测量值偏大,则测得的折射率偏小。答案:(1)ABCE (2)1.5 (3)小于类型2典例2 解析:(1)当激光从D点入射到O点在AB面下方光屏上恰好消失时,此时光线在AB面发生全反射,故是光的全反射现象。故选C。(2)根据前面分析可知此时入射角等于临界角,即∠DOEC,故可得sin C ,根据sin C可得玻璃砖的折射率n1.6。答案:(1)C (2)1.6(二)实验探究·创新突破类型1典例3 解析:(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,则应使条纹的宽度减小,根据Δxλ可知,可以增大双缝间距离或者减小双缝到屏的距离,故B正确,A、C、D错误。(2)①由题图可知,在B位置时游标卡尺的读数为15 mm+6×0.1 mm15.6 mm,A、B之间有6条亮条纹(或暗纹),故相邻两条纹间距为Δx mm0.75 mm。②该单色光的波长λ×0.75×10-3 m6×10-7 m600 nm。(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,则会导致测得的Δx偏大,从而导致λ偏大。答案:(1)B (2)①15.6 0.75 ②600(3)大于类型2典例4 解析:(1)根据平面镜成像原理,经镜面反射的光线可认为是从S的像S'发出的,故S'相当于双缝干涉中的另一个“缝”。(2)h D,所以射到平面镜上P点的光的入射角接近90°,故直接射到光屏上P点的光和经平面镜反射的光相位相差π,故接触点P处是暗条纹。(3)每两条相邻亮条纹中心的间距Δx mm≈2.53 mm,根据双缝干涉条纹间距公式有Δxλ,可得该单色光的波长λ m≈6.33×10-7 m。答案:(1)S经平面镜成的像S' (2)暗条纹 (3)6.33×10-71 / 7(共98张PPT)第十三章 光第72课时 实验十八:测量玻璃的折射率实验十九:用双缝干涉实验测量光的波长[学习目标] 1.掌握光线发生折射时入射角和折射角的确定方法。2.掌握由Δx=λ测量光的波长的原理,并会测单色光波长。原理装置图(一)测量玻璃的折射率原理装置图1.通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B,从而画出折射光线OO′。2.求出折射角θ2,再根据n=计算出玻璃的折射率。3.玻璃砖应该用厚度较大的。实验操作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NN′。3.画出线段AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两根大头针。4.在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐,并画出另一条长边的对齐线bb′。实验操作5.眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2的像。6.移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′,连接O、O′得线段OO′。7.用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。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°)。3.操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,也不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。4.实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。数据处理 1.计算法:算出不同入射角时的n=,并取平均值。2.作sin θ1-sin θ2图像:由n=可知图像应是过原点的直线,如图甲所示,其斜率为折射率n。数据处理 3.“单位圆”法:如图乙所示,sin θ1=,sin θ2=,OE=OE′=R,则n==。误差 分析 1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故入射侧、出射侧所插两枚大头针的间距应大一些。2.入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差。类型1 教材原型实验[典例1] (1)(多选)如图1所示,某同学在“测量玻璃的折射率”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AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。下面关于该实验的说法正确的是__________。ABCEA.插上大头针P3,使P3挡住P2、P1的像B.插上大头针P4,使P4挡住P3和P2、P1的像C.为了减小作图误差,P3和P4的距离应适当大些D.为减小测量误差,P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好E.若将该玻璃砖换为半圆形玻璃砖,仍可用此方法测量玻璃的折射率(2)该同学在测量入射角和折射角时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,用圆规以O点为圆心,OA为半径画圆,交OO′延长线于C点,过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点,如图2所示,若他测得AB=7.5 cm,CD=5 cm,则可求出玻璃的折射率n=________。1.5(3)若该同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图3所示,他的其他操作均正确,且均以aa′、bb′为界面画光路图。则该同学测得的折射率测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。小于[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,故A、B正确;根据“两点确定一条直线”知,大头针间的距离太小,引起的作图误差会较大,故P3、P4之间的距离适当大些,可以提高准确度,故C正确;入射角θ1即P1和P2的连线与法线的夹角尽量大些,即P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角适当小些,折射角也会大些,折射现象较明显,测量角度的相对误差会减小,故D错误;本实验中采用挡像法进行测量,对于半圆形玻璃砖同样可以确定入射光线和折射光线,故可以确定折射率,故E正确。(2)玻璃的折射率n=====1.5。(3)如图所示:实线为作出的实际光路图,虚线为以aa′、bb′为界面、以大头针留的痕迹作为出射光线画的实验光路图,比较实际光路图的折射角与实验光路图的折射角关系可知,折射角测量值偏大,则测得的折射率偏小。类型2 拓展创新实验[典例2] (2025·海南卷)测量某半圆形玻璃砖的折射率,操作步骤如下:Ⅰ.在白纸上画一条直线,半圆形玻璃砖放白纸上,玻璃砖直径与直线重合,描出直径两端点A和B,取走玻璃砖,用刻度尺求圆心O点,过O点作AB垂线CO,放回玻璃砖,将光屏垂直AB贴近玻璃砖A点放置。Ⅱ.沿玻璃砖由C向B缓慢移动激光笔,使得入射光线平行纸面且始终沿着半径方向射向圆心O,从玻璃砖射出的激光在AB下方的光屏上恰好消失,记下激光入射点D,取走玻璃砖,过D点作CO的垂线DE。(1)步骤Ⅱ中,当激光从D点入射到O点在AB面下方光屏上恰好消失时是光的________。A.色散现象B.衍射现象C.全反射现象(2)用刻度尺测得OB=4.00 cm、DE=2.50 cm,则玻璃砖的折射率n=________。C1.6[解析] (1)当激光从D点入射到O点在AB面下方光屏上恰好消失时,此时光线在AB面发生全反射,故是光的全反射现象。故选C。(2)根据前面分析可知此时入射角等于临界角,即∠DOE=C,故可得sin C=== ,根据sin C=可得玻璃砖的折射率n=1.6。创新点解读 本题的创新点体现在两方面:(1)实验器材的创新:本实验用半圆形玻璃砖替代长方体玻璃砖,利用激光笔光线替代插针法。(2)实验原理的创新:利用全反射确定位置,进而求玻璃砖的折射率。实验原理如图所示,相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ、双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l满足关系式Δx=λ,因此,只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 (二)用双缝干涉实验测量光的波长实验操作1.安装仪器(如图) (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,使光源发出的光能沿遮光筒的轴线到达光屏。(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。实验操作2.观察与记录(1)调节单缝与双缝间距为5~10 cm,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。(3)调节测量头,使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a2,则相邻两亮条纹间的距离Δx=。(4)换用不同的滤光片,测量其他色光的波长。注意事项1.调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的光束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亮条纹的中心对齐且和干涉条纹平行。4.不要直接测量Δx,要测得多条亮条纹的间距再计算得到Δx,这样可以减小误差。数据 处理 1.条纹间距:Δx=。2.波长:λ=Δx。3.测量多组数据,求λ的平均值。误差 分析 1.双缝到屏的距离l的测量存在误差。2.测条纹间距Δx带来的误差如下:(1)干涉条纹没有调整到最清晰的程度。(2)误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度。(3)分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于条纹中心。(4)测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清。类型1 教材原型实验[典例3] (2025·四川成都七中期末检测)利用双缝干涉测定光的波长的实验中,双缝间距d=0.4 mm,双缝到光屏间的距离L=0.5 m,实验时,接通电源使光源正常发光,调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,则该同学可________。A.将单缝向双缝靠近B.将屏向靠近双缝的方向移动C.将屏向远离双缝的方向移动D.使用间距更小的双缝B(2)某种单色光照射双缝得到的干涉条纹如图所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺的读数也如图中所给出,则:①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为xA=11.1 mm,在B位置时游标卡尺的读数为xB=________ mm,相邻两条纹间距Δx=________ mm。②该单色光的波长λ=________ nm。15.60.75600(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图所示,则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时,测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。大于[解析] (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,则应使条纹的宽度减小,根据Δx=λ可知,可以增大双缝间距离或者减小双缝到屏的距离,故B正确,A、C、D错误。(2)①由题图可知,在B位置时游标卡尺的读数为15 mm+6×0.1 mm=15.6 mm,A、B之间有6条亮条纹(或暗纹),故相邻两条纹间距为Δx== mm=0.75 mm。②该单色光的波长λ=Δx=×0.75×10-3 m=6×10-7 m=600 nm。(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,则会导致测得的Δx偏大,从而导致λ偏大。类型2 拓展创新实验[典例4] 洛埃利在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示,从单缝S发出的光,一部分入射到平面镜后反射到屏上,另一部分直接投射到屏上,在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹。单缝S通过平面镜成的像是S′。(1)通过洛埃镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹,这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝,____________________相当于另一个“缝”。(2)实验表明,光从光疏介质射向光密介质,界面发生反射时,在入射角接近90°时,反射光与入射光相比,相位有π的变化,即半波损失。已知h D,如果把平面镜移动到和光屏接触,接触点P处是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。S经平面镜成的像S′暗条纹(3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0.15 mm,单缝到光屏的距离D=1.2 m,观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm,则该单色光的波长λ=____________ m(结果保留3位有效数字)。6.33×10-7[解析] (1)根据平面镜成像原理,经镜面反射的光线可认为是从S的像S′发出的,故S′相当于双缝干涉中的另一个“缝”。(2)h D,所以射到平面镜上P点的光的入射角接近90°,故直接射到光屏上P点的光和经平面镜反射的光相位相差π,故接触点P处是暗条纹。(3)每两条相邻亮条纹中心的间距Δx= mm≈2.53 mm,根据双缝干涉条纹间距公式有Δx=λ,可得该单色光的波长λ== m≈6.33×10-7 m。创新点解读 本实验的创新之处在于利用单缝和平面镜做“用双缝干涉测量光的波长”的实验时,S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”,这样平面镜对单缝成像,相当于双缝,满足干涉条件,能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。课时数智作业(七十二) 实验十八:测量玻璃的折射率实验十九:用双缝干涉实验测量光的波长说明:本试卷共6小题,共35分。1.(3分)(2024·河北卷)某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长,实验装置如图所示,其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。该同学调整好实验装置后,分别用红色、绿色滤光片,对干涉条纹进行测量,并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数,如表所示:单色光类别 x1/mm x6/mm单色光1 10.60 18.64单色光2 8.44 18.08根据表中数据,判断单色光1为________(选填“红光”或“绿光”)。绿光[解析] 设第一条和第六条亮条纹的中心间距为x,则相邻两条亮条纹之间的距离Δx=,又双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,则λ=,由题表中数据可知x单色光1=18.64 mm-10.60 mm=8.04 mm2.(8分)(2024·浙江6月选考)如图所示,用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。(1)在白纸上画一条直线ab,并画出其垂线cd,交于O点。(2)将侧面A沿ab放置,并确定侧面B的位置ef 。(3)在cd上竖直插上大头针P1和P2,从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2,插上大头针P3,要求P3能挡住________(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像。P1和P2(4)确定出射光线的位置________(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针。(5)撤去玻璃砖和大头针,测得出射光线与直线ef 的夹角为α,则玻璃砖折射率n=________。不需要[解析] (3)“插针法”测量玻璃的折射率时,需要在视线一侧插上大头针P3时,使P3挡住另一侧P1和P2的虚像。(4)由于cd与ab垂直,则光线的出射点为O′,因此只需连接O′P3即可确定出射光线,故不需要第四枚大头针来确定出射光线。(5)根据几何关系可知,光在侧面B从玻璃砖射入空气时,入射角为θ,折射角为90°-α,根据折射定律得n==。3.(6分)(2025·福建卷)(1)为测糖水的折射率与浓度的关系,设计如下实验:某次射入激光,测得数据如图甲所示,则糖水的折射率为__________________。(2)改变糖水浓度,记录数据如表:n 1.32 1.34 1.35 1.38 1.42η(%) 10% 20% 30% 40% 50%将30%的数据在图乙中描点后并连线,糖水浓度每增加10%,折射率的增加值为____________________(保留2位有效数字)。见解析图0.020(0.019~0.022)[解析] (1)根据题图甲由几何关系可知,入射角的正弦值sin i=,折射角的正弦值sin r=,根据折射定律得n==。(2)将数据(30%,1.35)在题图乙中描点并连线时,应使尽可能多的点落在线上,其余点均匀分布在线两侧,如图所示;根据图可知,糖水浓度每增加10%,折射率增加值为Δn==0.020。4.(6分)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,(1)如图1所示,将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮条纹,此时手轮上的示数x1=2.320 mm,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐,记下此时图2中手轮上的示数x6=________ mm。13.870(2)已知双缝间距d为2.0×10-4 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,由计算式λ=________,可得所测光的波长为________ m(结果保留2位有效数字)。6.6×10-7[解析] (1)此时题图2中手轮上的示数x6=13.5 mm+37.0×0.01 mm=13.870 mm。(2)由Δx==λ,整理可得λ=,代入数据可得λ=6.6×10-7 m。5.(6分)(2025·八省联考云南卷)某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管(LED)发出光的波长。图甲为实验装置示意图,双缝间距d=0.450 mm,双缝到毛玻璃的距离l=365.0 mm,实验中观察到的干涉条纹如图乙所示。当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心线时,手轮上的读数为x1=2.145 mm;当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心线时,手轮上的读数为x5=4.177 mm。完成下列填空:(1)相邻两条亮条纹间的距离Δx=______mm。(2)根据________可算出波长(填正确答案标号)。A.λ= B.λ=Δx C.λ=0.508B(3)则待测LED发出光的波长为λ=______nm(结果保留3位有效数字)。626[解析] (1)相邻两条亮条纹间的距离为Δx== mm=0.508 mm。(2)根据相邻两条亮条纹间的距离与光的波长关系式Δx=λ可得波长为λ=Δx,故选B。(3)待测LED发出光的波长为λ=Δx=×0.508×10-3 m≈6.26×10-7 m=626 nm。6.(6分)(2024·湖北卷)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA′和BB′,交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA′,并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图(a)所示。②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB′的垂线MM′、PP′,M′、P′是垂足,并用米尺分别测量MM′、PP′的长度x和y。⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出yx图像,如图(b)所示。(1)关于该实验,下列说法正确的是________。A.入射角越小,误差越小B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显(2)根据yx图像,可得玻璃砖的折射率为 _____________________________(保留3位有效数字)。(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。B1.58(1.56~1.60均可)不变[解析] (1)在本实验中,为了减小测量误差,入射角应适当大些,因为入射角越大,折射角也越大,则入射角和折射角的相对测量误差都会减小,从而使测量折射率的误差减小,A错误;与插针法测量相比,激光的平行度好,能更准确地确定入射光线和折射光线,从而更有利于减小实验误差,B正确;选择圆心O点作为入射点,是因为便于计算,并不是因为此处的折射现象最明显,C错误。(2)设入射角为α、折射角为β、半圆弧轮廓线半径(玻璃砖半径)为R,则由几何关系可知sin α==,sin β==,根据折射定律可得玻璃砖的折射率n==,结合题图(b)可知yx图像的斜率表示该玻璃砖的折射率,故该玻璃砖的折射率n=≈1.58。(3)由(2)问分析可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R,所以轮廓线半径的测量误差对实验结果没有影响,即折射率的测量结果不变。章末巩固检测(十三) 光题号13524687910说明:第1~8题,每小题5分;本试卷共60分。一、选择题:共8小题,1~6题只有一个选项符合要求,7~8题有多个选项符合要求。1.(2025·江苏卷)如图所示,一束激光射入肥皂泡后(入射激光束未在图中标出),肥皂膜内出现一亮环。肥皂膜内的激光( )A.波长等于亮环的周长B.频率比在真空中的大C.在肥皂膜与空气的界面上发生衍射D.在肥皂膜与空气的界面上发生全反射√题号13524687910D [激光在不同的介质中传播时,频率相同,波长不同,激光的波长与亮环周长无关,故A、B错误;一束激光射入一个肥皂泡(图中未画出入射光线),发现在肥皂膜内出现一个亮环,是因为激光在空气与肥皂膜分界面处发生了全反射,故C错误,D正确。]题号135246879102.用某种单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图乙所示,图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的( )A. B.C.2倍 D.3倍√题号13524687910B [双缝干涉的条纹间距公式为Δx=λ,由题图知Δx乙=2Δx甲,而由题意可知,双缝与屏的间距l和单色光波长λ均不变,可得d乙=d甲,故选B。]题号135246879103.(2025·黑吉辽蒙卷)如图,利用液导激光技术加工器件时,激光在液束流与气体界面发生全反射。若分别用甲、乙两种液体形成液束流,甲的折射率比乙的大,则( )A.激光在甲中的频率大B.激光在乙中的频率大C.用甲时全反射临界角大D.用乙时全反射临界角大√题号13524687910D [激光由一种介质进入另一种介质时,激光的频率不会发生变化,所以激光在两种液体中的频率相同,A、B错误;由临界角公式sin C=可知,折射率越大,临界角越小,由于甲的折射率比乙的大,所以用甲时全反射的临界角小,用乙时全反射的临界角大,C错误,D正确。]题号135246879104.(2024·海南卷)一正三角形玻璃砖OPQ,某束光线垂直于OP射入,恰好在PQ界面发生全反射,则玻璃砖的折射率为( )A. B.C. D.2√题号13524687910C [光线垂直于OP射入玻璃砖,则在OP界面传播方向不变,如图所示,根据几何关系可知,光线在PQ界面的入射角为C=60°,根据全反射的临界角与折射率的关系可知sin C=,解得n=,故选C。]题号135246879105.(2025·广西柳州市高三一模)如图所示,一游泳池水面与池边相平,水深为h,池底中心一点光源发出的光线只能在其正上方半径为r的圆形区域内射出水面。一救生员坐在高椅上,他的眼睛到池边的水平和竖直距离均为l,则救生员能看到水底最近的点对应光线与左侧壁的夹角θ的正弦值为( )A. B.C. D.√题号13524687910A [救生员看到水底最近的点对应光线在水面的入射角为θ,设折射角为α,由几何关系可知tan α=,得α=45°,根据折射定律得,池水的折射率n=,对于池底中心点光源发出的、恰好发生全反射的光线,其全反射临界角C的正弦值sin C=,根据全反射临界角与折射率的关系有n=,联立解得sin θ=,故选A。]题号135246879106.(2025·广西卷)如图,在扇形玻璃EOG中,OE⊥OF,可见光分别从E点沿EM、EN射向真空。该玻璃对可见光的折射率为,则( )题号13524687910A.沿EM的光发生全反射,沿EN的光不发生全反射B.沿EM的光不发生全反射,沿EN的光发生全反射C.沿EM、EN的两束光都发生全反射D.沿EM、EN的两束光都不发生全反射√题号13524687910C [过M点和N点分别作出两界面的法线,设EM光线的入射角为θ,EN光线的入射角为α,如图所示,则在等腰三角形OEM中,∠EOM+2θ=180°,又∠EOM<90°,则θ>45°,同理,在等腰三角形OEN中,∠EON+2α=180°,又∠EON<90°,则α>45°,根据全反射临界角公式sin C=得C=45°,由于α和θ均大于C,故沿EM、EN的两束光都发生全反射,C正确。]题号135246879107.(2024·江西卷)某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是( )A.光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件B.透镜的作用是使光更集中C.单缝的作用是获得线光源D.双缝间距越小,测量头中观察到的条纹数目越多√题号13524687910√BC [光具座上的双缝应该在单缝和遮光筒之间,先通过单缝得到线光源,然后通过双缝得到两列完全相同的相干光,A错误,C正确;透镜的作用是使射向滤光片的光更集中,B正确;根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,双缝间距d越小,则条纹间距Δx越大,测量头中观察到的条纹数目越少,D错误。]题号135246879108.在光纤制造过程中,由于拉伸速度不均匀,会使得拉出的光纤偏离均匀的圆柱体,而呈现圆台形状。如图,置于空气中的某种材料制成的光纤内芯,其上、下截面间距为L,圆台底角为θ,折射率为n,真空中光速为c。某单色光垂直下截面射入光纤,则( )题号13524687910A.射入光纤后光的频率不变B.从上方截面射出的光束一定是平行光C.光通过此光纤到达上截面的最短时间为D.若满足sin θ>,则光在第一次到达光纤侧面时能从光纤侧面射出√题号13524687910√AC [光的频率由光源决定,与介质无关,所以射入光纤后光的频率不变,故A正确;从下方截面射入的光,直接射向上方截面时,射出的光束与上方截面垂直,通过光纤侧面反射后再从上方截面射出时,射出的光束与上方截面不垂直,所以从上方截面射出的光束不是平行光,B错误;光通过此光纤到达上截面的最短路程为L,光在光纤中的传播速度为v=,则光通过此光纤到达上截面的最短时间为t==,C正确;设光从此光纤射向空气发生全反射时的临界题号13524687910角为C,则有sin C=,由几何知识知,光第一次到达光纤侧面时的入射角等于θ,当θ>C,即sin θ>时,发生全反射,光不能从光纤侧面射出,D错误。]题号13524687910二、非选择题:共2小题。9.(8分)某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像,当P1的像恰好被P2的像挡住时,插上大头针P3和P4,使P3挡住P1、P2的像,P4也挡住P1、P2的像,在纸上标出的大头针的位置和三棱镜的轮廓如图所示。题号13524687910(1)在图上画出对应的光路。(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率,若以AB为分界面,需要测量的量是________________________,在图上标出它们。(3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n=_______________。题号13524687910见解析图入射角θ1、折射角θ2标记见解析(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中,放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置,底边仍重合),若仍以AB为分界面,则三棱镜玻璃材料折射率的测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。题号13524687910大于[解析] (1)光路图如图所示。题号13524687910(2)若以AB为分界面,需要测量的量为入射角θ1、折射角θ2,如图所示。(3)该三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式为n=。(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中,放置三棱镜的位置发生了微小的平移,仍以AB为分界面,将入射光线与AB(虚线)的交点和出射光线与BC(虚线)的交点连接起来,可知与真实光线相比,该连接线顺时针偏转,导致折射角测量值偏小,而入射角测量值准确,所以折射率的测量值比真实值大。题号1352468791010.(12分)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移的测量,其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N,相距为d,直径均为2a,折射率为n(n<)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体,经被测物体表面镜面反射至N下端面,N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。题号13524687910(1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ,求θ的正弦值;(2)被测物体自上而下微小移动,使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮,求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。题号13524687910[解析] (1)由光路图可知,激光在M内侧面刚好发生全反射时,从M下端面出射的光与竖直方向的夹角最大,设光从M下端面出射前与竖直方向的夹角为α,光路图如图甲所示,由几何关系得cos α=sin C又sin C=由折射定律得n=联立解得sin θ=。题号13524687910(2)画出N下端面刚能接收反射激光和恰好全部被照亮的光路图,如图乙所示,则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围为b1bb2。题号13524687910由几何关系得tan θ=tan θ=根据(1)中分析可知cos θ==则tan θ=联立解得b1=,b2=所以b的相应范围为b。题号13524687910[答案] (1)(2)b题号13524687910谢 谢 !课时数智作业(七十二) 实验十八:测量玻璃的折射率实验十九:用双缝干涉实验测量光的波长说明:本试卷共6小题,共35分。1.(3分)(2024·河北卷)某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长,实验装置如图所示,其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。该同学调整好实验装置后,分别用红色、绿色滤光片,对干涉条纹进行测量,并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数,如表所示:单色光类别 x1/mm x6/mm单色光1 10.60 18.64单色光2 8.44 18.08根据表中数据,判断单色光1为________(选填“红光”或“绿光”)。2.(8分)(2024·浙江6月选考)如图所示,用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。(1)在白纸上画一条直线ab,并画出其垂线cd,交于O点。(2)将侧面A沿ab放置,并确定侧面B的位置ef。(3)在cd上竖直插上大头针P1和P2,从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2,插上大头针P3,要求P3能挡住________(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像。(4)确定出射光线的位置________(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针。(5)撤去玻璃砖和大头针,测得出射光线与直线ef的夹角为α,则玻璃砖折射率n=________。3.(6分)(2025·福建卷)(1)为测糖水的折射率与浓度的关系,设计如下实验:某次射入激光,测得数据如图甲所示,则糖水的折射率为________。(2)改变糖水浓度,记录数据如表:n 1.32 1.34 1.35 1.38 1.42η(%) 10% 20% 30% 40% 50%将30%的数据在图乙中描点后并连线,糖水浓度每增加10%,折射率的增加值为________(保留2位有效数字)。 4.(6分)在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,(1)如图1所示,将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐,将该亮条纹定为第1条亮条纹,此时手轮上的示数x1=2.320 mm,然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐,记下此时图2中手轮上的示数x6=________ mm。(2)已知双缝间距d为2.0×10-4 m,测得双缝到屏的距离l为0.700 m,由计算式λ=________,可得所测光的波长为________ m(结果保留2位有效数字)。5.(6分)(2025·八省联考云南卷)某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管(LED)发出光的波长。图甲为实验装置示意图,双缝间距d=0.450 mm,双缝到毛玻璃的距离l=365.0 mm,实验中观察到的干涉条纹如图乙所示。当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心线时,手轮上的读数为x1=2.145 mm;当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心线时,手轮上的读数为x5=4.177 mm。完成下列填空:(1)相邻两条亮条纹间的距离Δx=______mm。(2)根据________可算出波长(填正确答案标号)。A.λ= B.λ=Δx C.λ=(3)则待测LED发出光的波长为λ=______nm(结果保留3位有效数字)。6.(6分)(2024·湖北卷)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA′和BB′,交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA′,并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图(a)所示。②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB′的垂线MM′、PP′,M′、P′是垂足,并用米尺分别测量MM′、PP′的长度x和y。⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出yx图像,如图(b)所示。(1)关于该实验,下列说法正确的是________。A.入射角越小,误差越小B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显(2)根据yx图像,可得玻璃砖的折射率为 ________(保留3位有效数字)。(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。课时数智作业(七十二)1.解析:设第一条和第六条亮条纹的中心间距为x,则相邻两条亮条纹之间的距离Δx,又双缝干涉条纹间距公式Δxλ,则λ,由题表中数据可知x单色光118.64 mm-10.60 mm8.04 mm<x单色光218.08 mm-8.44 mm9.64 mm,同一实验装置d和l一定,则λ1<λ2,又绿光波长小于红光波长,则单色光1为绿光。答案:绿光2.解析:(3)“插针法”测量玻璃的折射率时,需要在视线一侧插上大头针P3时,使P3挡住另一侧P1和P2的虚像。(4)由于cd与ab垂直,则光线的出射点为O',因此只需连接O'P3即可确定出射光线,故不需要第四枚大头针来确定出射光线。(5)根据几何关系可知,光在侧面B从玻璃砖射入空气时,入射角为θ,折射角为90°-α,根据折射定律得n。答案:(3)P1和P2 (4)不需要 (5)3.解析:(1)根据题图甲由几何关系可知,入射角的正弦值sin i,折射角的正弦值sin r,根据折射定律得n。(2)将数据(30%,1.35)在题图乙中描点并连线时,应使尽可能多的点落在线上,其余点均匀分布在线两侧,如图所示;根据图可知,糖水浓度每增加10%,折射率增加值为Δn0.020。答案:(1) (2)见解析图 0.020(0.019~0.022)4.解析:(1)此时题图2中手轮上的示数x613.5 mm+37.0×0.01 mm13.870 mm。(2)由Δxλ,整理可得λ,代入数据可得λ6.6×10-7 m。答案:(1)13.870 (2)6.6×10-75.解析:(1)相邻两条亮条纹间的距离为Δx mm0.508 mm。(2)根据相邻两条亮条纹间的距离与光的波长关系式Δxλ可得波长为λΔx,故选B。(3)待测LED发出光的波长为λ×0.508×10-3 m≈6.26×10-7 m626 nm。答案:(1)0.508 (2)B (3)6266.解析:(1)在本实验中,为了减小测量误差,入射角应适当大些,因为入射角越大,折射角也越大,则入射角和折射角的相对测量误差都会减小,从而使测量折射率的误差减小,A错误;与插针法测量相比,激光的平行度好,能更准确地确定入射光线和折射光线,从而更有利于减小实验误差,B正确;选择圆心O点作为入射点,是因为便于计算,并不是因为此处的折射现象最明显,C错误。(2)设入射角为α、折射角为β、半圆弧轮廓线半径(玻璃砖半径)为R,则由几何关系可知sin α,sin β,根据折射定律可得玻璃砖的折射率n,结合题图(b)可知y-x图像的斜率表示该玻璃砖的折射率,故该玻璃砖的折射率n≈1.58。(3)由(2)问分析可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R,所以轮廓线半径的测量误差对实验结果没有影响,即折射率的测量结果不变。答案:(1)B (2)1.58(1.56~1.60均可) (3)不变1 / 4 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第十三章 第72课时 实验十八:测量玻璃的折射率实验十九:用双缝干涉实验测量光的波长.docx 第十三章 第72课时 实验十八:测量玻璃的折射率实验十九:用双缝干涉实验测量光的波长.pptx 课时数智作业72 实验十八:测量玻璃的折射率.docx