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文檔簡介
第62講光學實驗
目錄
01模擬基礎(chǔ)練
【題型一】實驗一:測量玻璃磚的折射率
【題型二】實驗二:用雙縫干涉測量光的波長
02重難創(chuàng)新練
【題型一】實驗一:測量玻璃磚的折射率
1.某同學利用等腰直角玻璃磚測玻璃的折射率。主要步驟如下:
①將白紙平鋪在木板上,在白紙上畫直線將玻璃磚底邊與重合,在紙上標記玻璃磚頂點公
②將大頭針[豎直插在合適的位置,再移動大頭針2,用視線觀察,在鳥擋住《和玻璃磚頂點a處豎直插
入;
③移走玻璃磚和大頭針,過《、£作直線交于。點,用圓規(guī)以。為圓心、以O(shè)a為半徑畫圓,交斗鳥于
b點,如圖。
請接著完成后續(xù)實驗步驟,算出玻璃的折射率〃。
(1)在圖中畫出所需的輔助線,并標注相應(yīng)的字母。
(2)玻璃折射率的計算公式為:”=o(用相應(yīng)字母符號表示)
(3)請?zhí)岢鲆粭l減少實驗誤差的方案:
(3)改變插針位置,重復實驗,多次測量取平均值
【詳解】(1)如圖所示,過。作"N的垂線C。,過。作的垂線,垂足為",過b作CD的垂線,垂足為
bb'
sin/?_r_bbr
n=
sinaadaa'
計算公式為
bb'
n=—
aa'
(3)減少實驗誤差的方案:改變插針位置,重復實驗,多次測量取平均值。
2.某同學利用激光測量半圓柱體玻璃磚的折射率,具體步驟如下:
y/mm
①平鋪白紙,用鉛筆畫兩條互相垂直的直線A4'和BB',交點為。。將半圓柱體玻璃磚的平直邊緊貼A4',
并使其圓心位于。點,畫出玻璃磚的半圓弧輪廓線,如圖(a)所示。
②將一細激光束沿C。方向以某一入射角射入玻璃磚,記錄折射光線與半圓弧的交點
③拿走玻璃磚,標記C。光線與半圓弧的交點P。
④分別過加、尸作82'的垂線MM'、PP',M'、P是垂足,并用米尺分別測量MM'、PP'的長度x和y。
⑤改變?nèi)肷浣?,重復步驟②③④,得到多組x和y的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出V-x圖像,如圖?。┧尽?/p>
(1)關(guān)于該實驗,下列說法正確的是(單選,填標號)。
A.入射角越小,誤差越小
B.激光的平行度好,比用插針法測量更有利于減小誤差
C.選擇圓心。點作為入射點,是因為此處的折射現(xiàn)象最明顯
(2)根據(jù)y-x圖像,可得玻璃磚的折射率為—(保留三位有效數(shù)字)。
(3)若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑,則折射率的測量結(jié)果—(填“偏大”“偏小”)
【答案]⑴B
(2)1.57
⑶不變
【詳解】(1)A.入射角適當即可,不能太小,入射角太小,導致折射角太小,測量的誤差會變大,故A錯
誤;
B.激光的平行度好,比用插針法測量更有利于減小誤差,故B正確;
C.相同的材料在各點的折射效果都一樣,故C錯誤。
故選B。
(2)設(shè)半圓柱體玻璃磚的半徑為R,根據(jù)幾何關(guān)系可得入射角的正弦值為
sini=』
R
折射角的正弦值為
.x
sinr=——
R
折射率
sinzy
n=———=—
sinrx
可知y-x圖像斜率大小等于折射率,即
n=—?1.57
28
(3)根據(jù)(2)中數(shù)據(jù)處理方法可知若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實際半徑,則折射率的測
量結(jié)果不變。
3.某小組用“插針法”測平行玻璃磚的折射率,如圖已確定好入射方向,AO與玻璃磚界面的夾角為a,
插了兩枚大頭針B和尸2,1、2、3、4分別是四條直線。
A5
(1)在歷'側(cè)調(diào)整觀察視線,另兩枚大頭針P3和刊可能插在____線上(選填:“1”“2”“3”或“4”);
(2)實驗中畫出入射點與出射點的連線,并測得連線與玻璃磚界面a"的夾角為£,則玻璃磚的折射率〃
(3)若描出玻璃磚兩邊界線bb'后,不小心將玻璃磚沿0A方向平移了一些再進行實驗,則折射率的測量
值將(選填“偏大”“不變”或“偏小”)o
【答案】⑴2
(3)不變
【詳解】(1)由折射定律知,光線通過平行玻璃磚后平行且向一側(cè)發(fā)生側(cè)移,由于光線在上表面折射時,
折射角小于入射角,則出射光線向左側(cè)偏移,即可能在2上。
(2)由題可知,折射率為
n=------------=--------
S嗚一0cos萬
(3)不小心將玻璃磚沿0A方向平移了,通過比較發(fā)現(xiàn),入射角和折射角沒有變化,則由〃=、吆可知,
sinr
測得的折射率將不變。
4.如圖甲所示,某同學通過實驗測定半徑為R的半圓柱形玻璃磚的折射率〃,實驗步驟如下:()
a.把玻璃磚放到白紙上,使其直徑與AB邊重合,圓心與。點重合
b.取走玻璃磚,畫出入射光線和出射光線延長線的交點與圓心。的連線
c.在水平放置的木板上鋪一張白紙,用圖釘固定
d.計算每次入射角和折射角的正弦值,建立直角坐標系,作出sini-sin廠的關(guān)系圖線,如圖乙所示
e.用激光沿平行于0C方向射向直徑面上的。點,用插針法確定出射光線通過直線0C上的廠點
f.改變激光入射點。的位置,重復實驗
(1)實驗步驟的正確順序為。
(2)該半圓柱形玻璃磚的折射率n=o
(3)0、D兩點之間的距離L與半徑R的比值之=_____時,恰好沒有光線從球面射出。
R
【答案】(l)c、g、a、e、于、b、d
⑵1.5
【詳解】(1)該實驗的合理順序為e、f、b、d
(2)根據(jù)折射率的計算可知
sinr
n=------
sinz
結(jié)合乙圖可得
0.5
(3)發(fā)生全反射的臨界條件為
sinC=—=—
n3
結(jié)合幾何知識可得
一=sinC=一
5.某實驗小組要測量一半圓形玻璃磚的折射率。他們先在平鋪的白紙上畫出半圓形玻璃磚的直徑油和圓
心O,過。點畫法線,并畫出一條入射光線cO,cO與法線的夾角為30。。將半圓形玻璃磚沿著直徑放好,
緊貼6點放置與法線平行的光屏,如圖1所示?,F(xiàn)用一紅色激光筆沿著c。方向射入一束光,在光屏上的P
點出現(xiàn)一個光斑。用刻度尺測出玻璃磚的半徑為R,OP=l.5R.
1光屏
(1)玻璃磚的折射率〃=;(結(jié)果用分數(shù)表示)
(2)若實驗過程中,實驗小組的同學不小心將玻璃磚向左下方平移,但入射光線仍能通過玻璃磚的圓心,如
圖2所示。在光屏上出現(xiàn)一個光斑,小組同學將此光斑仍記作P點,并在白紙上連接O、尸兩點作為出射光
線,則此時測得的折射率(選填“大于”“等于”或“小于”)真實值。
4
【答案】⑴]
⑵大于
【詳解】(1)由題意可知,入射角為30。,折射角與NOP6大小相等,且
.0b2
smNW"=----=—
OP3
根據(jù)折射定律可得玻璃磚的折射率
sinZOPZ?_4
(2)作出光線的傳播路徑如圖所示
P點為實際光屏上出現(xiàn)的光斑點,由折射率和幾何知識可知,出射光線0尸與
OP平行,連接0P’作為出射光線,則折射角偏大,因此測得的折射率大于真實值。
【題型二】實驗二:用雙縫干涉測量光的波長
6.現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫、白光光源C、單縫和透紅光的濾光片等光學元件,要把它們放在如圖所示的光
具座上組成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長。
(1)本實驗的步驟有:
①取下遮光筒左側(cè)的元件,調(diào)節(jié)光源高度,使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮;
②按合理順序在光具座上放置各光學元件,并使各元件的中心位于遮光筒的軸線上;
③用米尺測量雙縫到屏的距離;
④用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮條紋間的距離。
在操作步驟②時還注意單縫、雙縫應(yīng)_____________o
C,遮光筒A
j
fti.....r.
(2)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮條紋中心對齊,將該亮條紋定為第1條亮條紋,此時手輪上的示數(shù)如
圖甲所示,記下此時圖甲手輪上的示數(shù)為mm,然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線與第6條
亮條紋中心對齊,記下此時圖乙手輪上的示數(shù)為mm,求得相鄰亮條紋的間距Ax=mm。
(3)已知雙縫間距[為2.0x10-4m,測得雙縫到屏的距離I為0.700m,則所測紅光波長為nm?
【答案】(1)相互平行
(2)2.32013.8702.310
(3)660
【詳解】(1)單縫、雙縫應(yīng)相互平行,因為光是橫波,不平行的細縫會阻斷橫波,影響光的傳播。
(2)[1]甲的示數(shù)為
2mm+32.0x0.01mm=2.320mm
⑵乙的示數(shù)為
13.5mm+37.0x0.01mm=13.870mm
[3]相鄰亮條紋的間距
人13.870-2.320
Ax=------------------mm=2.310mm
5
(3)由〃=得
a
2=-Ax=20*10x2.310x10-3m=6.60x10-7m=660nm
I0.700
7.在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中(實驗裝置如圖所示):
白熾燈濾光片單縫遮光筒屏
左
A
⑴關(guān)于觀察到的現(xiàn)象,下列說法正確的是()
A.觀察到白光的干涉圖樣是:可以看到彩色的干涉條紋,中央為一條白亮的零級干涉條紋;彩色條紋
的排列,以零級亮條紋為中心左右對稱,在第一級亮條紋中紫色在最外側(cè)
B.看到白光的干涉條紋后,在單縫前面放上紅色或綠色濾光片,即可看到紅黑相間或綠黑相間的干涉
條紋,且紅條紋的間距比綠條紋的間距大
(2)用某種單色光做雙縫干涉實驗時,已知雙縫間的距離d的大小恰好是圖中游標卡尺的讀數(shù)為0.25mm,如
圖丁所示;雙縫到毛玻璃間的距離的大小由圖中的毫米刻度尺讀出為748.8mm,如圖丙所示;實驗時先移
動測量頭(如圖甲所示)上的手輪,把分劃線對準靠近最左邊的一條亮條紋(如圖乙所示),并記下螺旋測
微器的讀數(shù)川(如圖戊所示),然后轉(zhuǎn)動手輪,把分劃線向右移動,直到對準第7條亮條紋并記下螺旋測微
器的讀數(shù)尤2(如圖己所示),由以上測量數(shù)據(jù)求得該單色光的波長為mo
圖甲圖乙
圖戊圖己
【答案】(1)B
(2)8.01xIO-
【詳解】(l)A.觀察到的白光的干涉圖樣是:可以看到彩色的干涉條紋,中央為一條白亮的零級干涉條紋;
彩色條紋的排列,以零級亮條紋為中心左右對稱,在第一級亮條紋中紅色在最外側(cè),A錯誤;
B.放上紅色或者綠色濾光片以后就變成單色的紅光或者綠光,因此可以看見紅黑或者綠黑的干涉條紋,由
AX=4A,紅光的波長大,因此條紋間距大,B正確。
a
故選B。
(2)雙縫的間距d=0.25mm,雙縫到毛玻璃間的距離為/=748.8mm,螺旋測微器的讀數(shù)
xi=0.01x30.0mm=0.300mm
螺旋測微器讀數(shù)
X2~14.5mm+0.01x20.0mm=14.700mm
則相鄰亮條紋的間距
,x-x.14.700-0.300.
Ax=—2—-=-----------------mm=2.400mm
66
根據(jù)Ax=94得
a
°Md2.400xIO-3x0.25x10-3”
Z=--=---------;---m仁o8.01xlOm
I748.8xIO-3
8.在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中,將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上,如圖1所示。雙縫間距
為d,毛玻璃光屏與雙縫間的距離為"從目鏡中看到的干涉圖樣如圖2所示,若A、B兩條亮紋中央間距
為x,則所測光的波長為—o(用所給物理量的字母表示)使分劃板的中心刻線對齊A亮條紋的中心,此
時游標卡尺上的示數(shù)情況如圖3所示,其讀數(shù)為—mmo
【詳解】口]根據(jù)題意可知相鄰兩條紋間的間距為Ar=;Y,根據(jù)=I=2得,光的波長為
7a
Ao=-d-^--x=-d--x
L7L
⑵由圖(3)可知,游標卡尺為20分度尺,其精確度為0.05mm,則圖(3)讀數(shù)為
9mm+0.05mmx3=9.15mm
9.在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中(實驗裝置如圖1所示):
光源甲乙丙遮光筒
『一一』一才一與U
圖1
(1)裝置圖中的甲、乙、丙分別是一O
A.濾色片、單縫和雙縫B.雙縫、單縫和濾色片
C.單縫、雙縫和濾色片D.雙縫、濾色片和雙縫
(2)測量某亮紋位置時,手輪上的示數(shù)如圖2所示,其示數(shù)為—mm。
(3)如果雙縫間距是d,雙縫到屏的距離是L第1條亮紋中心到第6條亮紋中心的間距是尤,則光波波長的
測量值為___(用無、d、L表不)。
【答案】(1)A
(2)1.970
(咤
【詳解】(1)裝置圖中的甲、乙、丙分別是濾色片、單縫和雙縫。
故選A?
(2)示數(shù)為
1.5mm+47.0x0.01mm=1.970mm
(3)相鄰兩條亮紋間距為Ax,則6條亮紋間距為
x=(6-l)Ax
解得
根據(jù)
,Lc
Ax——A
d
解得
xd
A=-
5L
10.在用“雙縫干涉測量光的波長”的實驗中,裝置如圖所示:
(1)雙縫裝置是圖中的(選填"A”或"B”)。
(2)某同學在觀察時發(fā)現(xiàn)條紋比較模糊,可以通過調(diào)節(jié)裝置(填裝置名稱)。
(3)甲、乙兩同學通過目鏡,分別看到如圖所示的甲、乙兩種情形。由于條紋清晰,他們沒有再進一步進行
調(diào)節(jié),而是直接進行測量,并根據(jù)公式算出波長,測量得到的波長準確的是(選填“甲”或"乙”)。
【答案】⑴B
⑵撥桿
⑶甲
【詳解】(1)口]根據(jù)裝置圖的排列情況知,雙縫裝置是圖中的B。
(2)[1]某同學在觀察時發(fā)現(xiàn)條紋比較模糊,可以通過調(diào)節(jié)撥桿裝置。
(3)[1]干涉條紋要與分劃板中心刻線對齊,由圖可知測量得到的波長準確的是甲。
11.(1)小朱同學在實驗桌上看到方木板上有一張白紙,白紙上有如圖甲所示的實驗器材,他認為除了量
角器外還缺少一種器材,請你寫出所缺器材的名稱:。老師將器材配齊后,他進行實驗,圖乙是他
在操作過程中的一個狀態(tài),透過玻璃磚觀察,調(diào)整視線方向,插上第四枚大頭針P4應(yīng)使其遮擋住______o
(2)為取得較好的實驗效果,下列操作正確的是o
A.必須選用上下表面平行的玻璃成
B.選擇的入射角應(yīng)盡量小些
C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上
D.大頭針P和尸2及心和刊之間的距離適當大些
(3)小朱同學在量入射角和折射角時,由于沒有量角器,在完成了光路圖以后,用圓規(guī)以。點為圓心,0A
為半徑畫圓,交。。'延長線于C點,過A點和C點作垂直法線的直線分別交于2點和。點,如圖丙所示,
若他測得AB=7.5cm,CD=5cm,則可求出玻璃的折射率〃=。
【答案】刻度尺Pi、尸2的像以及尸3CD1.5
【詳解】(1)[1]用插針法測量玻璃磚的折射率時,在實驗中需要確定入射角和折射角,所以需要的器材有:
玻璃磚一塊,大頭針四枚,白紙一張,除了量角器外還需要刻度尺;
⑵運用兩點一線的原理確定光線方向,觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針應(yīng)使尸4擋住P、尸2的像以及必;
(2)[3]A.測量玻璃的折射率時即使折射玻璃上下表面不平行也能測出折射率,故A錯誤;
B.選擇的入射角應(yīng)盡量大一些,以減小測量誤差,故B錯誤;
C.大頭針應(yīng)垂直地插在紙面上,防止產(chǎn)生誤差,故C正確;
D.大頭針B和P2及P3和刊之間的距離適當大些,可減小確定光線時產(chǎn)生的誤差,故D正確;
(3)[4]玻璃的折射率
AB
sinZAOBA.QAB7.5,,
n------------=£.丫=----=-----=15
sinACODCDCD5'
OC
12.(1)“測定玻璃的折射率”的實驗中,在白紙上放好玻璃磚,aa'和分別是玻璃磚與空氣的兩個界面,
如圖所示。在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,用“+”表示大頭針的位置,然后在另一側(cè)透過玻璃磚觀
察,并依次插上大頭針P3和P4。在插P3和P4時,應(yīng)使(選填選項前的字母)。
A.P3只擋住Pl的像B.P4只擋住P2的像C.P3同時擋住Pl、P2的像
(2)為了減小實驗誤差,實驗時應(yīng)注意的是。
A.入射角應(yīng)盡量小些B.玻璃磚的寬度宜小一些
C.大頭針應(yīng)垂直插在紙面上D.大頭針Pi、P2之間的距離及大頭針P3、P4之間的距離應(yīng)適當大些
(3)某同學在畫界面時,不小心將兩界面加二協(xié),間距畫得比玻璃放寬度大些,如下圖所示,則他測得的
折射率與真實值相比(選填“偏大”、“偏小”、“不變”或“無法確定”)。
(4)某研究小組設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器。如圖所示,在一個圓盤上,過其圓心O做兩條互相垂
直的直徑BC、EF。在半徑0A上,垂直盤面插上兩枚大頭針Pi、P?并保持Pi、P2位置不變,每次測量時讓
圓盤的下半部分豎直進入液體中,而且總使水平液面與直徑2C相平,作為界面的法線,而后在圖中右
上方區(qū)域觀察Pi、P2的像,并在圓周上插上大頭針P3,使P3正好擋住Pi、P2的像。通過計算,預(yù)先在圓周
EC部分刻好了折射率的值,這樣只要根據(jù)P3所插的位置,就可直接讀出液體折射率的值。
①圖中〃、N兩位置對應(yīng)的折射率大小關(guān)系為wM"N(填寫"大于”、“等于”或者“小于”)
②若/4。尸=30。,則該儀器能夠測量液體折射率的大小范圍是。
③沿KMNC,折射率刻度的特點是(填寫“刻度均勻“、“越來越密”或者“越來越疏”)
【答案】CCD/DC偏小小于1<?<2越來越疏
【詳解】(1)口]用插針法測定玻璃折射率的實驗中,應(yīng)使得P3同時擋住Pi、P2的像。
故選Co
(2)⑵為了減小實驗誤差,入射角應(yīng)盡量大些,玻璃磚的寬度也宜大一些,大頭針應(yīng)垂直插在紙面上,且
應(yīng)使大頭針Pl、P2之間的距離及大頭針P3、P4之間的距離應(yīng)適當大些。
故選CD?
(3)[3]作出光路圖,如圖所示
由圖可知,入射角不變,但是折射角變大,根據(jù)折射定律可知,所測折射率偏小。
(4)[4]根據(jù)折射定律可得
sinZEOM
n=
M~smZ/AsOcC
s〃inN—E-O--N----s-i-n〉ZE--O-M-------
NsinZAOCsinZAOC
所以
nM<nN
⑸設(shè)A點到跖的垂線長為Li,圓周EC部分上某點到EF的垂線長為力,根據(jù)折射定律可得
4
T
-A4
RA
若/4。尸=30。,則
L.=-R
“2
-R<L,<R
22
所以
l<n<2
⑹結(jié)合題意,由折射定律有
sinz
n二----
sinr
沿KMNC,「不變的情況下,i越大,越靠近C,折射率越大;〃與sini成正比,與,.不成正比,結(jié)合正弦函
數(shù)的特點可知,刻度不均勻,靠近C刻度稀疏。
13.如圖所示,某同學在“測定玻璃的折射率”的實驗中,先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定,玻璃磚平放
在白紙上,然后在白紙上確定玻璃磚的界面"/和仍'。。為直線AO與。排的交點。在直線上豎直地插
上片、鳥兩枚大頭針。
(1)該同學接下來要完成的必要步驟有
A.插上大頭針鳥,使鳥僅擋住鳥的像
B.插上大頭針鳥,使鳥擋住《的像和鳥的像
C.插上大頭針舄,使舄僅擋住巴
D.插上大頭針舄,使舄擋住鳥和片、鳥的像
(2)過舄、巴作直線交4/于O',過O'作垂直于"/的直線MV',連接OO'。測量圖中角a和萬的大小。
則玻璃磚的折射率n=o
(3)如圖所示,該同學在實驗中將玻璃磚界面因'和4/的間距畫得過寬。若其他操作正確,則折射率的測
量值____準確值(選填“大于”、“小于”或“等于”)。
a-------------a'
b------------卜
(4)另一位同學準確地畫好玻璃磚的界面s'和奶'后,實驗過程中不慎將玻璃磚向下平移了一些,如圖所
示,而實驗的其他操作均正確,則折射率的測量值____準確值(選填“大于”、“小于”或“等于”)。
a---------------a’
b-------卜
【答案】BD也幺小于等于
sma
【詳解】(1)口]光沿直線傳播,兩點確定一條直線,讓鳥同時擋住4、鳥的像,保證入射光線是唯一的且
過4、鳥,同理使己擋住己和A、鳥的像,保證從玻璃板出來的光線是唯一的且過罵、舄,最后使四個點
在同一條光線的傳播路徑上。AC錯誤,BD正確。
(2)[2]玻璃磚的折射率是光由真空(本實驗為空氣)射入玻璃發(fā)生折射時的入射角正弦與折射角正弦之
比,所以
ns=in-B-
sina
(3)[3]如下圖做出實際光路圖(實線),和誤操作后的測量光路圖(虛線),則在。點光由空氣射向玻璃時,
誤操作后的折射角偏大,根據(jù)第(2)問的分析知,折射率的測量值小于準確值
(4)[4]如下圖,實際光路圖為PMNG,測量光路圖為PQNG,根據(jù)折射定律知,PM平行于QNG,且M
點到3'的距離等于N點到從/的距離,所以四邊形PMAQ為平行四邊形,則折射率的測量值等于準確值。
14.如圖甲所示,在測量玻璃折射率的實驗中,兩位同學先在白紙上放好截面是正三角形4BC的三棱鏡,
并確定A8和AC界面的位置。然后在棱鏡的左側(cè)畫出一條直線,并在線上豎直插上兩枚大頭針4和鳥,再
從鏡的右側(cè)觀察《和乙的像。
(1)下列正確的操作步驟是
A.插上大頭針鳥,使鳥僅擋住尸2的像
B.插上大頭針鳥,使鳥同時擋住4、尸2的像
C.插上大頭針E,使E僅擋住A
D.插上大頭針乙,使勺同時擋住《、鳥的像和鳥
(2)正確完成上述操作后,在紙上標出大頭針鳥、舄的位置(圖中已標出)。為測量該種玻璃的折射率,兩位
同學分別用圓規(guī)及刻度尺作出了完整光路和若干條輔助線,如圖乙、丙所示。能夠僅通過測量即、FG的
長度便可正確計算出折射率的是圖________選填(“乙”或“丙”,所測玻璃折射率的表達式〃=(用
代表線段長度的字母瓦>、尸G表示)。
(3)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中,放置三棱鏡的位置向右發(fā)生了微小的平移,底邊仍重合,若仍以43
為分界面,則三棱鏡玻璃材料折射率的測量值________真實值(選填“大于”“小于”或“等于”)。
【答案】(DBD
⑵丙—
FG
(3)小于
【詳解】(1)由題意可知,在棱鏡的左側(cè)畫出一條直線,并在線上豎直插上兩枚大頭針片和舄,然后插上
大頭針鳥,使鳥同時擋住4、鳥的像,再插上大頭針與,使a同時擋住A、尸2的像和片。
故選BD。
(2)[1]由折射定律和幾何知識可得
ED
sinZ.EODQJJED
n~sinZFOG~^G~~FG
OG
可知能夠僅通過測量ED、FG的長度便可正確計算出折射率的是圖丙。
⑵則所測玻璃折射率的表達式
ED
n=----
FG
(3)若在描繪三棱鏡輪廓的過程中,放置三棱鏡的位置向右發(fā)生了微小的平移,底邊BC仍重合,若仍以
為分界面,如圖丙所示,入射光線與虛線的交點和出射光線與AC虛線的交點連接起來,與真實的光
線相比,該連線逆時針偏轉(zhuǎn),導致折射角的測量值偏大,而入射角的測量值準確,因此三棱鏡玻璃材料折
射率的測量值小于真實值。
15.某實驗小組用插針法測量一梯形玻璃磚的折射率。其實驗步驟如下:
①將玻璃磚平放在鋪有白紙的木板上,在白紙上畫出玻璃磚的四條邊界ABCD;
②在邊界A8邊的外側(cè)白紙上M處插上一根大頭針,如圖a所示。然后再在白紙上離第一根大頭針一定的距
離插第二根大頭針。
③在邊的外側(cè)白紙上插第三根大頭針,通過觀察使它把第一、二根大頭針的像都擋住,再插第四根大頭
針,使它把第一、二根大頭針的像及第三根大頭針都擋住。
④標記下四根大頭針的位置,移去玻璃磚,拔去大頭針,過第一、二根大頭針位置作一條直線交A8于
P點,過第三、四根大頭針位置作一條直線交BC于。點,連接尸。,如圖b所示。
⑤用量角器量出MP、P。與A8邊的夾角大小,分別用4、%表示。
(1)為了提高測量的精度,插在白紙上的第一、二根大頭針之間的距離及第三、四根大頭針之間的距離
___________(選填序號);
A.必須相等B.越小越好C.適當大一些
(2)步驟③中眼睛觀察的視界及方向應(yīng)該是(選填序號);
A.從上往下垂直玻璃磚平面俯視B.從邊往邊方向看
C.從BC邊往邊方向看D.從邊往邊方向看
(3)根據(jù)上述實驗可得該玻璃的折射率n=(用〃、%表示)。
【答案】(DC
⑵c
【詳解】(1)為了提高測量的精度,插在白紙上的第一、二根大頭針之間的距離及第三、四根大頭針之間
的距離不一定必須相等;越小越容易產(chǎn)生誤差,因此適當大一些較好。
故選C。
(2)因為再插第四根大頭針時,使它把第一、二根大頭針的像及第三根大頭針都擋住,因此步驟③中眼睛
觀察的視界及方向應(yīng)該是:從8c邊往A8邊方向看。
故選Co
(3)由題意可知光路圖如圖所示,由折射定律可得該玻璃的折射率
sin(90-4)_cos。]
sin(90-名)cos4
16.實驗小組成員用雙縫干涉實驗裝置測光的波長,裝置如圖甲所示,其中光源發(fā)出單色光。
(1)為保證實驗順利進行,A處應(yīng)安裝的光學儀器為。
(2)實驗時,若觀察到較模糊的干涉條紋,可以調(diào)節(jié)撥桿使單縫和雙縫平行,從而使條紋變得清晰。要想
增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),需將毛玻璃屏向(填“靠近”或“遠離”)雙縫的方向移動。
(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊,將該亮紋定為第1條亮紋,此時手輪上的示數(shù)為
2.320mm;然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線與第5條亮紋中心對齊,此時手輪上的示數(shù)如圖乙所
示,為mm,求得相鄰亮紋的間距Ax。已知雙縫間距4=2.0x10-3,測得雙縫到屏的距離£=1.000m,
求得所測單色光的波長為m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。
(4)下圖為上述實驗裝置示意圖。S為單縫,Si、S2為雙縫,屏上O點處為一條亮條紋。若實驗時單縫偏
離光軸,向下微微移動,則可以觀察到原來。點處的干涉條紋(“向上移動”“向下移動”“仍在。
【詳解】(1)[1]需要將燈泡的發(fā)出的光變?yōu)辄c光源,因此為保證實驗順利進行,A處應(yīng)安裝的光學儀器為
透鏡;
(2)⑵實驗時,要想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù),需要減小條紋間距,根據(jù)
所以需將毛玻璃屏向靠近雙縫的方向移動;
(3)[3][4]圖乙讀數(shù)為
15.5mm+0.01x42.0mm=15.920mm
由相鄰兩亮條紋間距公式
d
得
Z°=-d-\x
L
相鄰亮條紋間距
Ar=3.40mm
代入數(shù)值,可得
2=—=6.8xl0-7m
L
(4)[5]若實驗時單縫偏離光軸,向下微微移動,光程差為零的亮紋應(yīng)出現(xiàn)在。點上方,所以可以觀察到
原來。點處的干涉條紋向上移動
17.在“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中,實驗裝置如圖所示。
燈泡透鏡單縫管撥桿
毛玻璃手輪
遮光筒
測量頭目鏡
標尺
(1)下列說法中正確的是()
A.濾光片應(yīng)置于單縫與雙縫之間
B.撥桿的作用是為了調(diào)節(jié)縫的寬度
C.保持雙縫位置不變,增大單縫與雙縫間距,干涉條紋變密
D.保持雙縫位置不變,增大雙縫與毛玻璃屏間距,干涉條紋變疏
(2)將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊,將該亮紋定為第1條亮紋,此時手輪上螺旋測微器示
數(shù)如圖甲所示.然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊,記下此時圖乙中手輪
上的示數(shù)為mm。
(3)設(shè)圖甲、乙中螺旋測微器的讀數(shù)分別為尤/和X2。
①則兩相鄰亮條紋間距Ax=一(用所給物理量的符號表示)。
②已知雙縫間距為d,測得雙縫到屏的距離為L則所測光的波長力=—(用所給物理量的符號表示)。
(4)若將該實驗裝置全部浸入到某種絕緣透明均勻介質(zhì)中做相同的實驗,發(fā)現(xiàn)兩相鄰亮條紋中央之間的距
離變?yōu)樵瓉淼囊话?,則該透明介質(zhì)的折射率"=
x—尤](x-xjd
【答案】D13.867/13.868/13.869/13.870/13.871/13.872222
55L
【詳解】(1)口]A."用雙縫干涉測光的波長”的實驗中濾光片應(yīng)放在透鏡和單縫之間,故A錯誤;
B.該實驗中拔桿得作用是調(diào)節(jié)兩個狹縫的間距、亮度和位置,故B錯誤;
C.增大單縫與雙縫間距時干涉條紋的疏密不變,故C錯誤;
D.根據(jù)條紋間距得表達式
L,
AAx——X
d
可知增大雙縫與毛玻璃屏間距,條紋間距變大,干涉條紋變疏,故D正確。
故選D。
(2)[2]圖乙中手輪上的示數(shù)為
13.5mm+37.0x0.01mm=13.870mm
(3)[3]第1條亮紋到第6條亮紋之間又5個相鄰的兩條問,所以相鄰亮條紋間距為
AAx=—%2——一%L
5
[4]根據(jù)
AL.
Ax—一A,
d
得
(x-x^d
.2-------------
(4)[5]根據(jù)雙縫間距的表達式在空氣中
Ax1=—
1d
在介質(zhì)中
Af=-=—
f時
所以在介質(zhì)中
.cL£2
AX=----=——
2nfdnd
由此可得光在空氣中和絕緣透明均勻介質(zhì)中
——-=n=2
AX2
所以
n=2
18.(1)細絲和單縫有相似的衍射圖樣,在相同條件下,小明用激光束分別垂直照射兩種不同直徑的細絲
I和細絲M,在光屏上形成的衍射圖樣如圖甲中a和b所示,已知細絲I的直徑為Q605mm,現(xiàn)用螺旋測
微器測量細絲II的直徑,如圖乙所示,細絲II的直徑為mm,圖甲中的(填“a”或"b”)是細
絲H的衍射圖樣;
乙
濾光片L___________r>
白熾燈泰h中期上“―力;"一屏
~Jk///777T77/////////////////
WA平面鏡
丙
(2)小明在做“用雙縫干涉測量光的波長”實驗時,嘗試用單縫和平面鏡做類似實驗。單縫和平面鏡的放置
如圖丙所示,白熾燈發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為波長為入的單色光照射單縫,能在光屏上觀察到明暗相間的干
涉條紋。
①若S視為其中的一個縫,那么相當于另一個“縫”;
②小明測得單縫與鏡面延長線的距離為從與光屏的距離為D,則條紋間距Ax=;
③實驗表明,光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)界面發(fā)生反射,在入射角接近90。時,反射光與入射光相比,相位
有兀的變化,即半波損失。如果把光屏移動到和平面鏡接觸,則接觸點尸處是(選填“亮條紋”或“暗
條紋”);
④實驗中已知單縫S到平面鏡的垂直距離〃=Q15mm,單縫到光屏的距離。=L2m,觀測到第3個亮條紋
中心到第12個亮條紋中心的間距為22.78mm,則該單色光的波長幾=m(結(jié)果保留三位有效數(shù)字);
⑤隨后小明撤去平面鏡,在單縫下方A處放置同樣的另一單縫,形成雙縫結(jié)構(gòu),則在光屏上______(填“能”
或“不能”)觀察到干涉條紋。
【答案】0.997mm/0.998mm/0.999mma
A點—
2h
暗條紋6.33X10-7不能
【詳解】(1)口]根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)方法可知,細絲II的直徑為
0.5mm+49.9x0.01mm=0.999mm
⑵單縫衍射,單縫越寬,條紋間距越小,衍射效果越不明顯,所以a時直徑更大的細絲衍射的圖樣。
(2)[3]若S視為其中的一個縫,S發(fā)出的光線經(jīng)過平面鏡反射后的反射光線的反向延長線與S所在豎直方
向的交點A點可以視為另一個縫。
⑷由題意可知及幾何知識可得,干涉條紋間距為
⑸把光屏移動到和平面鏡接觸后,光線經(jīng)過反射后存在半波損失,故P點將為暗條紋。
⑹由上述分析可知
Ax=
2h
IWAx
/t=---------
D
由題意可知
1
*?產(chǎn)"1x10、
2?6.33xICT'm
⑺撤去平面鏡,在單縫下方4處放置同樣的另一單縫,雖然形成了雙縫結(jié)構(gòu),但發(fā)出的光不是相干光了,
所以不能觀察到干涉條紋。
19.現(xiàn)有毛玻璃屏A、雙縫B、白光光源C、單縫D和透紅光的濾光片E等光學元件,要把它們放在如圖
所示的光具座上組裝成雙縫干涉實驗裝置,用以測量紅光的波長。
遮光筒
支j-t—一―r陽
(1)將白光光源c放在光具座最左端,依次放置其他光學元件,由左至右表示各光學元件的字母的排列順序
應(yīng)為C、、、、A;
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