- 光的折射:折射率
- 共2037题
(6分)现在用“测定玻璃的折射率”实验中的仪器来测定光在玻璃中的传播速度。实验中可提供的器材有:矩形玻璃砖、四枚大头针、木板、白纸、复写纸、图钉、刻度尺、游标卡尺、圆规。请完成以下填空和作图:
(1)从上述器材中选出实验所需的器材: 。
(2)作出相应的光路图。
(3)若已知真空中的光速为c,测得玻璃的折射率为n,则光在玻璃中的传播速率=_______。
正确答案
(1)矩形玻璃砖、四枚大头针;木板、白纸、图钉;刻度尺、圆规 2分
(2)
2分
(3) 2分
(1)矩形玻璃砖、四枚大头针;木板、白纸、图钉;刻度尺、圆规 2分
(2)
2分
(3) 2分
本题考查利用穿过平行玻璃砖的光路图计算折射率,P3挡住P1P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,由v=c/n可求出传播速度
如图所示,某种折射率较大的透光物质制成直角三棱镜ABC,在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2,在AB面的左侧通过棱镜观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P1的像被P2的像挡住,再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,记下P3、P4和三棱镜的位置,移去大头针和三棱镜,过P3、P4作直线与AB面交于D,量出该直线与AB面的夹角为45°,则:
(1)请做出光路图;(2)透光物质的折射率n = 。
正确答案
(1)按照要求作出光路图如下:
(2)
试题分析:(1)光线垂直AC入射,方向不偏折,打到BC面时与BC面夹角30°,反射到AB面,与AB面夹角45°出射,如图所示:
(2)结合光路图,有几何关系可知,光线在AB面折射时,有。
(10分)在”用双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉实验仪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。
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米,副尺上有50分度。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第1次映入眼帘的干涉条纹如图甲(a)所示,图甲(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号,此时图甲(b)中游标尺上的读数x1="__________" mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示,此时图乙(b)中游标尺上的读数 mm。
(2) 利用上述测量结果,经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离x= mm;这种色光的波长
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,如右图所示.则在这种情况下测量干涉条纹的间距x时,测量值_______实际值.(填”大于”“小于”或”等于”)
正确答案
(1) x1=1.16nm;x2=15.02nm (2)Δx=2.31mm 660 nm. (3) 大于
试题分析:(1)游标卡尺的读数分两部分,一部分是从游标尺零刻度线左侧读出主尺上毫米的整数部分
甲图为1mm乙图为15mm,另一部分是从游标尺上找出与主尺对齐的刻度线乘以精确度甲图为乙图为
,最终读数为甲图
,
。
(2)甲乙间距就是两个读数之差即,而在甲乙之间有6个条纹间距,所以两个相邻明纹(或暗纹)间的距离
,根据双缝干涉的条纹间距
,即得
(3)条纹间距是垂直条纹方向的距离,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,那么所测量的就不是垂直方向的距离,结果偏大。
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:
A.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;
B.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;
C.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2;
D.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;
E.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P1、P2像,其原因可能是:_______________________________________________________.
正确答案
(1);(2)P1P2确定的光在aa/介面上入射角太大发生了全反射。
(1)两条入射光线角圆上A点和C点,经过AC做直径y轴的垂线,由折射率公式可得(2)P1P2确定的光在aa/介面上入射角太大发生了全反射。
用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样,双缝之间的距离是0.5mm,用的是红色滤色片,在毛玻璃屏上可以看到红色干涉条纹。
(1)毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直还是平行?____________
(2)如果把单缝向双缝移近一些,相邻两亮条纹中心的距离____________.(填“增大”、“不变”或“减小”)
(3)经测量双缝与光屏间距离L=1.5m,某次实验用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图,分划板在图中A、B位置时测量头的读数如图所示,试读出分划板在B位置时测量头(图乙所示)的读数为 ,该单色光的波长为 m.
正确答案
(1)平行(2)不变 (3)13.870mm 0.55x10-7m
(1)平行(2)相邻两条亮纹间距与单缝与双缝间距无关(3)主尺读数为13.5mm,可动刻度为37.0×0.01mm,所以读数为13.5mm+37.0×0.01mm=13.870mm,由公式求得波长为0.55x10-7m
利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率.实验方法如下:在白纸上作一直线MN,并作出它的一条垂线AB,将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在白纸上,它的直径与直线MN重合,在垂线AB上插两个大头针P1和P2,如图所示,然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针,可以确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路,从而求出玻璃的折射率.
(1)某学生用上述方法测量玻璃的折射率,在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两枚大头针,但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内,无论从何处观察,都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像,原因是 ,他应采取的措施是 .
(2)为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路,在玻璃砖的右侧,最少应插入 枚大头针.
(3)请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置(用“x”表示),并作出光路图
正确答案
(1)原因是光线P1P2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖后到达圆弧面上的入射角大于临界角,发生全反射现象,光不能从圆弧面折射出
措施是向上移动半圆柱形玻璃砖,使到达圆弧面上的光线的入射角小于临界角
(2) 1 ; (3)
(1)原因是光线P1P2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖后到达圆弧面上的入射角大于临界角,发生全反射现象,光不能从圆弧面折射出(2)为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路,在玻璃砖的右侧,最少应插入1枚大头针(3)略
如图所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学元件依次为:①光源、②__________、③__________、④__________、⑤遮光筒、⑥光屏.对于某种单色光,为增加相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离,可采取________或________的方法.
正确答案
滤光片 单缝屏 双缝屏 减小双缝间距 加长遮光筒
根据双缝干涉实验装置可知,②为滤光片,③为单缝屏,④为双缝屏;由公式Δx=λ可知,对于同种色光,增大l或者减小d都可使得Δx增大.
(1)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,其实验光路如图所示,对实验中的一些具体问题,下列意见正确的是( )
(2)图1所示为光学实验用的长方体玻璃砖,它的光学面面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图2所示。计算折射率时,用________(填“d”或“e”)点得到的值较小,用________(填“d”或“e”)点得到的值误差较小。
正确答案
(1)C (2) d e
试题分析:(1)若P1、P2的距离较大时,仍然能通过玻璃砖看到像,A错误,实验时入射角不能太小(接近零度),否则会使测量误差加大;也不能太大(接近90°),否则会不易观察到P1、P2的像,B错误,为了减少作图误差,P3和P4的距离应适当取大些,以减小确定光路方向时出现的误差。C正确,根据光路的可逆性,无论P1、P2连线与法线NN′夹角多大,都不会发生全反射,D错误
故选C
(2)连接dc,ec,并延长至玻璃砖的光学面与白纸的交线,交点为出射点,入射点和出射点的连线即为折射光线,入射角一定,用d点时,折射角大,折射率小,对应两光学面平行的玻璃砖,入射光线和出射光线平行时,ec连线与入射光平行,误差小
点评:解决本题的关键掌握实验的原理,根据实验原理分析误差.
在"用双缝干涉测量单色光的波长”实验中,某同学准备的实验仪器包括以下元件:
E.遮光筒;F.红色滤光片;
G.凸透镜(其中双缝和光屏连在遮光筒上)
(1) 把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序是:A EC
(2) 将测量头的分划板中心刻线与某亮纹对齐,并将该亮纹定为第1条亮纹,此时10等分的游标卡尺位置如图甲所示,其读数为 mm,继续转动测量头,使分划板中心刻线与第7条亮纹中心对齐,此时游标卡尺位置如图乙所示,其读数为 mm。
(3) 若已知双缝间距为0.2mm,测得双缝到屏的距离为70.00cm,则所测红光波长为 。
正确答案
(1)GFBD;(2)19.8、30.3;(3)5×10-7 m
试题分析:(1)该实验中各元件的作用分别是:A.白炽灯——光源;B.单缝——产生相干光;C.毛玻璃屏——呈现能观察的像;D.双缝——作为产生干涉现象的两个波源;E.遮光筒——避免外界光线干扰,便于观察;F.红色滤光片——将白炽灯的其他色光过滤掉,只剩下红光;G.凸透镜——将光源的发散光束汇聚,产生放大的效果。所以正确的排列顺序是AGFBDEC。
(2)甲图中游标尺上第8条线与主尺刻度对齐,读数为;乙图中游标尺上第3条线与主尺刻度对齐,读数为
。
(3)在双缝干涉现象中,条纹间距,由(2)可知,条纹间距为
,所以
在测定玻璃的折射率实验中,由于实验室中矩形玻璃砖的数量不够,部分同学需改用直角三棱镜做“测定玻璃的折射率”的实验,实验步骤如下:
a.如图所示,先在一张白纸上作相互垂直的直线ab、a′b′作为三棱镜的两个界面,并在直线上标出点O;
b.标出P3、P4位置;
c.将三棱镜放在白纸上,使短边跟ab对齐,长边跟a′b′对齐;
d.在长边a′b′的外侧透过三棱镜观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P1的像完全被P2挡柱;
e.在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像和P3;
f.在O点作一垂直ab的线段AO,在AO上垂直地插两枚大头针P1、P2;
g.移去三棱镜和大头针,连接P3P4,交a′b′于O′,过O′点作与a′b′垂直的直线MN;
h.作光路图,计算折射率n.
(1)正确的实验步骤顺序为
(2)根据题图中所给数据求出该玻璃的折射率n=_______ _
正确答案
(1)a、f、c、d、e、b、g、h (2分) (2)
(1)略(2)
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