• 实验:用双逢干涉测量光的波长
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简答题

(8分)某研究性学习小组利用插针法可以测量半圆形玻璃砖的折射率。实验探究方案如下:在白纸上做一直线MN,并做出它的一条垂线AB,将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在白纸上,它的直边与直线MN对齐,在垂线AB上插两个大头针P1和P2,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.实验中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外,还有量角器等。

(1)为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路,最少应插_______枚大头针。

(2)请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置,并用“×”表示,作出光路图.为了计算折射率,应该测量的量(在光路图上标出)有___________,计算折射率的公式是______________。

正确答案

(1)  1  

(2)入射角i和折射角r      

(包括光路图每空各2分)

试题分析:(1)本实验入射光线与MN垂直,进入玻璃砖后不改变方向,与半圆面有一个交点,只需要在找到出射光线上一个点就可以确定出射光线的方向,所以只需要再插1枚大头针就行了。

(2)利用光的折射计算折射率,需要知道入射角i和折射角r,光的折射率为

点评:中等难度。本实验是通过测量入射角和折射角,查其正弦值,再代人中求玻璃的折射率.本实验存在两个缺点:第一,麻烦;第二,易产生较大误差.下面介绍一种改进方法:找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,分别与AO、OO'(或OO'的延长线)交于C点和D点,过C、D两点分别向法线NN'作垂线,交NN'于C'、D'点,用直尺量出CC'和DD'的长,如图所示.

,又OC=OD=R,因此玻璃的折射率.用同样的方法再多测几组值,求出n,然后求平均值,即为所求玻璃砖的折射率.显然,以边长替代入射角、折射角的正弦值既方便又准确.

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简答题

(8分)

(1)为进行“杨氏双缝干涉实验”,现准备了下列仪器:

A.白炽灯    B.双窄缝片    C.单窄缝片    D.滤光片    E.白色光屏

把以上仪器装在光具座上时,正确的排列顺序应该是:      (填写字母代号).

(2)在双缝干涉实验中发现条纹太密,难以测量,可以采用的改善办法是     

A.改用波长较长的光(如红光)作为入射光

B.增大双缝到屏的距离

C.减少双缝间距

D.增大双缝间距

(3)在用双缝干涉测光的波长的实验中:⑴已知双缝到光屏之间的距离是600mm,双缝之间的距离是0.20mm,单缝到双缝之间的距离是100mm,某同学在用测量头测量时,先将测量头目镜中中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹(记作第1条)的中心,这时手轮上的示数如左图所示。然后他转动测量头,使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心,这时手轮上的示数如右图所示。这两次示数依次为_______mm和______mm。

正确答案

(1) ADCBE (2) ABC (3) 0.642   10.298 (各2分)

试题分析:(1)下图是实验装置图,根据实验图可知排列顺序为ADCBE

(2)本题中d代表双缝间距离,L代表双缝到光屏的距离,根据可知,改用波长较长的光(如红光)作为入射光、增大双缝到屏的距离L,减少双缝间距d,都可以增大条纹宽度。故选ABC.

(3)读数方法和螺旋测微器一样,所以读作:0.642mm和10.298mm

点评:容易题。螺旋测微器是日常生活和工厂中经常使用的一种精度较高的测量长度的仪器,能正确地使用和读数是一种起码的技能,它是高考的热点.

螺旋测微器的读数原则是:①以毫米为单位.②整数部分由固定刻度的整数决定.③小数部分则由固定部分的半刻度和可动部分的示数共同决定.若固定部分过半刻线,则可动部分的示数加上0.5,若没有过半刻线,就由可动部分的示数来确定.有一点必须明确,示数一定要读到小数点后面的第三位.

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简答题

一块玻璃砖用两个相互平行的表面,其中一个表面是镀银的(光线不能通过表面)。

现要测定此玻璃的析射率。给定的器材还有:白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、 P3

P4)、带有刻度的直角三角板、量角器。实验时,先将玻璃砖放到白纸上,使上述两个

相互平行的表面与纸面垂直。在纸上画出直线aa’表示镀银的玻璃表面,bb’表示另 

一表面,如图所示。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。

⑴为了测量折射率,大头针P3、P4应插在(    )

A、玻璃砖aa’一侧   B、玻璃砖bb’一侧   C、玻璃砖aa’、 bb’两侧各插一枚

⑵试在题图中标出P3、P4的位置。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,并写出主要作图步骤:                                                                      

⑶写出θ1、θ2表示的折射率公式为n=       

正确答案

⑴B

⑵①过P1P2作直线与bb′交于O

②过P3P4作直线与bb′交于O′;

③利用刻度尺找到OO′的中点M

④过O点作bb′的垂线CD,过M点作  

bb′的垂线与aa′相交与N,如图所示, 

连接ON

⑤∠P1ODθ1,∠CONθ2

⑴P3、P4应插在玻璃砖bb’一侧⑵略⑶由光路图可知入射角为θ1,折射角为θ2

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简答题

如图用某种透光物质制成的直角三棱镜ABC;在垂直AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2,在AB面的左侧透过棱镜观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P1的像________________,再在观察的这一侧先后插入两枚大头针P3、P4,使P3________________,P4________________,记下P3、P4的位置,移去大头针和三棱镜,过P3、P4作直线与AB面相交于D,量出该直线与AB面的夹角为45°,则该透光物质的折射率n=_______,并在图中正确地画出完整的光路图。

正确答案

被P2的像挡住;挡住P1、P2的像;挡住P1、P2的像和P3

试题分析:用直角三棱镜测定介质的折射率与用平行玻璃砖测定玻璃的折射率实验方法相同,都是应用“插针法”。光线射入介质与AB边平行,因此与斜边CB的夹角为30°,则反射光线与CB的夹角也是30°,射向D点的光线与AB之间的夹角为120°,法线与AB垂直,因此D点的入射角为30°。根据光路可逆和斯涅尔定律有。光路图如图所示。

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简答题

如图所示,用某种透光物制成的直角三棱镜ABC;在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2,在AB面的左侧透过棱镜观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P1的像让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________,P4__________。记下P3、P4的位置,移去大头针和三棱镜,过P3、P4的位置作直线与AB面相交于D,量出该直线与AB面的夹角为45°。则该透光物质的折射率n=________.

正确答案

挡住P1、P2的像; 挡住P3以及P1、P2的像; 

试题分析:光在同一种介质中传播是沿直线传播的,所以传播路径是直线,故需要使挡住的像;挡住以及的像;

画出光路图,根据几何知识可得,MN方向的光线从AB界面射出时的角度为,已知出射角如AB界面的夹角为,所以根据光的折射可得

点评:此题是用插针法测定玻璃砖的实验,基本原理是折射定律,要掌握确定入射光线和出射光线的方法,画光路图时要注意标上箭头.

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简答题

现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。

(1)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,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_________、A。

(2)本实验的步骤有:

①取下遮光筒左侧的元件,调节光源高度,使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮;

②按合理顺序在光具座上放置各光学元件,并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;

③用米尺测量双缝到屏的距离;

④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。

在操作步骤②时还应注意___________________和___________________。

(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图所示。然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,记下此时图中手轮上的示数________mm,求得相邻亮纹的间距Δx为_______mm。

(4)已知双缝间距d为2.0×10-4m,测得双缝到屏的距离l为0.700m,由计算式λ=________,求得所测红光波长为__________nm。

正确答案

(1)E D B(2)单缝和双缝间距5cm~10cm,使单缝与双缝相互平行(3)13.870  2.310(4),6.6×102

试题分析:(1))为获取单色线光源,白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝.

(2)在操作步骤②时还应注意单缝和双缝间距5cm~10cm,使单缝与双缝相互平行,使一个线光源变为频率相等的两个线光源.

(3)螺旋测微器固定刻度读数为13.5mm,可动刻度读数为37.0×0.01mm,两者相加为13.870mm. 图2的读数为:2.320mm,所以

根据可得代入数据,λ=6.6×102nm.

点评:解决本题的关键掌握条纹的间距公式,以及会对螺旋测微器正确读数.

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题型:填空题
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填空题

某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时,第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时(图1),游标卡尺的示数如图(3)所示,第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时(图2),游标卡尺的示数如图(4)所示,已知双缝间距为0.5mm,从双缝到屏的距离为1m,则图(3)中游标卡尺的示数为______mm.图(4)游标卡尺的示数为______mm.实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是______,所测光波的波长为______m.(保留两位有效数字)

正确答案

游标卡尺读数等于固定刻度读数加上游标尺读数;

10分度精确度为0.1mm,图3中游标尺第4刻线与主尺刻线对齐,故读数为:11mm+0.1m×4=11.4mm;

图4中游标尺第7刻线与主尺刻线对齐,故读数为:16mm+0.1m×7=16.7mm;

故条纹间距为:△x==1.325mm;

根据双缝干涉的条纹间距公式△x=λ,解得:λ==≈6.7×10-7m

故答案为:11.4,16.7,减小测量的绝对误差(或提高测量的精确度),6.7×10-7

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题型:简答题
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简答题

(1)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙、丙三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①、②和③所示,其中甲、丙两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__________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”).

乙同学测得的折射率与真实值相比__________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”).

(2)如图甲、乙所示是螺旋测微器和游标卡尺测量工件长度时的情形。螺旋测微器读数为_________mm。游标卡尺读数为__________mm。

正确答案

(1)偏小、不变(2) 6.721—6.724 、30.35

试题分析:(1)测定玻璃的折射率的实验原理是折射定律.若已画好玻璃砖界面aa′和bb′后,作光路图时,就以aa′为边界,根据实际的边界与作图的边界不同,作出光路图,比较将玻璃砖向上平移时,入射角和折射角的关系,分析误差情况.用图①测定折射率,玻璃中折射光线偏转大了,所以折射角增大,折射率减小;用图②测折射率时,只要操作正确,与玻璃砖形状无关,测得的折射率不变。

(2)螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数,在读可动刻度读数时需估读;游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数,不需估读。

螺旋测微器的固定刻度读数为6.0mm,可动刻度读数为0.01×72.1mm=0.721mm,所以最终读数为:6.721mm.

游标卡尺的固定刻度读数为3.0cm,游标尺上第2个刻度游标读数为0.05×7mm=0.35mm,所以最终读数为:30.35mm;

点评:本题关键是作出光路图,分析实际边界与作图边界不同时,测出的折射角与正确操作时折射角的关系相同.

解决本题的关键掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数方法,游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数,不需估读.螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数,在读可动刻度读数时需估读.

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简答题

在“测玻璃的折射率”实验中(1)为取得较好的实验效果,下列操作正确的是     

(2)某同学在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点作垂直法线的直线分别交于B点和D点,如图所示,若他测得AB=7.5cm,CD=5cm,则可求出玻璃的折射率n=          

(3)有甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面ab、cd与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示,其中甲、丙同学用的是矩形玻璃砖,甲同学所画两界面ab和cd间距与玻璃砖宽度一样,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其它操作均正确,且均以ab、cd为界面画光路图。则甲、乙、丙三位同学测得的折射率与真实值相比分别是                       (填“偏大”、“偏小”或“不变”)

正确答案

(1)CD(2)1.5(3)不变  不变  偏小

(1)玻璃上下表面不平行也能测出折射率,A错;选择的入射角应尽量大一些,以减小测量误差,B错;(2)折射率1.5(3)如图为在③图中分别作出的实际光路图(图中实线)和以 ab、cd为界面、以大头针留的痕迹作为出射光线画的实验光路图(图中虚线)

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,则折射率偏小; 同理可以画出①②的光路图求解

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题型:填空题
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填空题

在利用双缝干涉测定光波波长时,首先调节________和________的中心均位于遮光筒的中心轴线上,并使单缝和双缝竖直并且互相平行.当屏上出现了干涉图样后,用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a,则两条相邻明条纹间的距离Δx=________,双缝到毛玻璃屏的距离L用________测量,用公式________可以测出单色光的波长。

正确答案

光源、滤光片、,毫米刻度尺Δx=λ

在利用双缝干涉测定光波波长时,首先调节光源和滤光片的中心均位于遮光筒的中心轴线上

用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a,则两条相邻明条纹间的距离Δx=

双缝到毛玻璃屏的距离L用毫米刻度测量,用公式Δx=

故答案为:光源、滤光片、,毫米刻度尺Δx=λ

下一知识点 : 光的颜色:色散
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