第4讲 实验:测量玻璃的折射率 用双缝干涉测量光的波长 实验:测量玻璃的折射率 一、实验目的 1.测定玻璃的折射率。 2.学会用插针法确定光路。 二、实验原理 如图所示,当光线AO以一定的入射角θ1穿过两表面平行的玻璃砖时,通过插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B,从而确定折射光线OO′和折射角θ2,再根据n=或n=算出玻璃的折射率。 三、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚)、图钉(四枚)、量角器(或圆规)、三角板(或直尺)、铅笔。 四、实验步骤 1.首先把白纸铺在木板上并用图钉将白纸固定。 2.如图所示,在白纸上画一直线aa′作为界面,过aa′上的一点O画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线。 3.把长方体玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa′重合,再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′。 4.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。 5.从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P3本身及P1、P2的像。 6.移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4四枚大头针的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线O′B交bb′于O′。连接O、O′,OO′就是玻璃砖内折射光线的径迹。∠AON即θ1为入射角,∠O′ON′即θ2为折射角。 7.改变入射角,重复实验。 五、数据处理 1.计算法 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。算出不同入射角的值,并取平均值。 2.作sin θ1-sin θ2图像 改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2图像,由n=可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。 3.“单位圆”法确定sin θ1、sin θ2,计算折射率n。 以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线AO于P点,交折射光线OO′于Q点,过P作NN′的垂线PC,过Q作NN′的垂线QD,如图所示,则sin θ1=,sin θ2=,又OP=OQ=R,则n==,只要用刻度尺测出PC、QD的长度就可以求出n。 六、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,反射光较强,折射光较弱;太小,入射角、折射角测量的误差较大。 3.操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画边界线。 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。 七、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,以减小测量误差。 实验:用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 1.了解使光产生干涉的方法,观察白光和单色光的双缝干涉图样。 2.测定单色光的波长。 二、实验原理 单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ=Δx。 三、实验器材 双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成),另外还有学生电源、导线、刻度尺。 四、实验步骤 1.观察干涉条纹 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图所示。 (2)接好电源,打开开关,使灯丝正常发光。 (3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒的轴线到达光屏。 (4)安装双缝和单缝,中心大致位于遮光筒的轴线上,使双缝与单缝的缝平行,二者间距约5～10 cm,这时,可观察白光的干涉条纹。 (5)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。 2.测定单色光的波长 (1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹。 (2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中 ... ...
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