光学实验复习策略
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光学实验复习策略

2022-03-18 09:52:05 投稿作者:网友投稿 点击:

光学重要实验有两个:测定玻璃的折射率和用双缝干涉测光的波长.前者为几何光学的知识的考查,后者为光的干涉知识的考查.高考中对光学实验的命题以教材中的实验原理、实验操作步骤和实验误差分析为重点,前者的实验题经常出现选择题中,后者的实验题往往考查基本公式和基本规律.

1复习指导

光学实验与电学实验相比较,应该更容易掌握.测定玻璃的折射率的实验中以考查折射定律为核心,要求能熟练画光路图、理解入射角与折射角的定义、熟练操作实验过程并亲自做实验、运用数学圆的知识通过刻度尺测量长度来巧妙代替用量角器测角度从而减小实验误差;用双缝干涉测光的波长实验中以考查相邻的两条亮(暗)条纹间距的公式为核心,要求熟练掌握测量头读数方法,会分析不同单色光的波长、屏与双缝间距离、双缝间距对相邻的两条亮(暗)条纹间距的影响.

2考点举例

考点1测定玻璃的折射率的创新设计

例1如图1,画有直角坐标系Oxy的白纸位于水平桌面上,M是放在白纸上的半圆形玻璃砖,其底面的圆心在坐标的原点,直边与x轴重合,OA是画在纸上的直线,P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针,P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针,α是直线OA与y轴正方向的夹角,β是直线OP3与y轴负方向的夹角,只要直线OA画得合适,且P3的位置取得正确,测得角α和β,便可求得玻璃得折射率.

(1)某学生在用上述方法测量玻璃的折射率,在他画出的直线OA上竖直插上了P1、P2两枚大头针,但在y<0的区域内,不管眼睛放在何处,都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像,他应该采取的措施是.

(2)若他已透过玻璃砖看到了P1、P2的像,确定P3位置的方法是.

(3)若他已正确地测得了的α、β的值,则玻璃的折射率n=.

解析(1)由于光线是从光密介质进入光疏介质的,如果入射角度α过大,会导致在x轴上发生全反射现象,而在y<0的区域内,不管眼睛放在何处,都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像,故采取的措施为减小入射角α,在白纸上另画一条与y轴正方向的夹角较小的直线OA,然后按正确的实验进行操作.

(2)插入P3后,P3刚好能挡住P1、P2的像,说明光线从玻璃中入射到空气中的出射光线经为OP3,这样P1、P2的像就被P3挡住.

(3)根据折射定律,n=sinβsinα,注意β角为光疏介质中的角,其正弦值要大,才能保证折射率n大于1,符合折射定律的规律.

答案(1)在白纸上另画一条与y轴正方向的夹角较小的直线OA,把大头针P1、P2竖直地插在所画的直线上,直到在y<0的区域内透过玻璃砖能看到P1、P2的像.

(2)插上P3后,P3刚好能挡住P1、P2的像.

(3) n=sinβsinα.

评注(1)测定玻璃的折射率的实验,难点在于找到入射角和折射角,正确理解 折射定律公式中分子与分母的大小关系.(2)本实验的误差分析也是高考中常考的方式,关键在于将测量过程中的光路图与还原真实实验(或正确实验操作步骤)的比较,通过折射定律进行合理分析.(3)该实验的原理中要求用量角器测量入射角和折射角,但由于量角器本身是粗测的仪器,故该实验原理常常会有其它更加合理的原理代替,如图2所示,将入射点O作为圆心, 以入射光线的延长线OP2为半径做圆,此圆与折射光线相交于P1,则入射角α的正弦值sinα =P2P2′OP2,折射角β的正弦值sinβ=P1 P1′OP1,OP1与OP2为圆的半径,故折射率n=sinβsinα=P1P1′P2P2′,这样用测量P1P1′与P2P2′的长度来代替 用量角器测量角度,大大减小了测量的误差.

考点2测光的波长实验的创新设计

例2在某次用双缝干涉测光的波长的实验中,已知双缝到光屏之间的距离是600 mm,双缝之间的距离是0.20 mm,某同学在用测量头测量时,先将测量头目镜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图2a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图2b所示.这两次示数依次为mm和mm.由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为nm.(结果保留3位有效数字)

解析测量头就是螺旋测微器,对于第一次第1条亮纹中心对应的读数,从固定刻度读出0.5 mm,可动刻度读出14.1×0.01 mm=0.141 mm,故总读数为:0.5 mm+0.141 mm=0.641 mm;第二次第7条亮纹中心对应的读数可按照同样的方法读出为10.293 mm.所以六条亮纹的总间距即两次读数之差9.652 mm,可求得相邻亮纹中心的距离Δx=1.609 mm,再由λ=d•ΔxL算出波长为536 nm.

答案0.641;10.293;536.

误点警示利用双缝干涉测光的波长实验的易错点主要有:(1)测量头的读数,要注意掌握游标卡尺与螺旋测微器的读数方法;(2)相邻两条Δx=Ldλ亮(暗)条纹的距离公式Δx=Ldλ,注意L为屏与双缝之间的距离,d为双缝间距;(3)为了减小测量误差,两次测量头的分划板中心刻线对准的亮条纹之间有多个亮条纹,要注意相邻两条亮条纹间距在计算时的处理;(4)计算中要谨记单位换算与统一.


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