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1、§2.4实验:测定玻璃的折射率用双缝干涉测光的波长知识精要一､测定玻璃的折射率1.实验目的(1)测定玻璃的折射率.(2)学会用插针法确定光路.2.实验原理如图2-4-1所示,当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O'B,从而求出折射光线OO'的折射角θ2,再根据n=算出玻璃的折射率.3.实验器材玻璃砖,白纸,木板,大头针,图钉,量角器(或圆规),三角板,铅笔.4.实验步骤(1)把白纸用图钉钉在木板上.(2)在白纸上画出一条直线aa'作为界面,画一条线段AO作为入射光线,并过O点画出界面aa'的法线NN'(如图2-4-2所示).(3)把
2、长方形的玻璃砖放在白纸上,使它的一条边跟aa'对齐,并画出玻璃砖的另一界面bb'.(4)在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1､P2.(5)在玻璃砖的bb'一侧竖直地插上大头针P3,用眼睛观察并调整视线,使P3能同时挡住P1和P2的像.(6)同样地,在玻璃砖的bb'一侧再竖直地插上大头针P4,使P4能挡住P3本身和P1､P2的像.(7)记下P3､P4的位置,移去玻璃砖和大头针,过P3､P4引直线O'B与bb'交于O'点,连接OO',OO'就是玻璃砖内的折射光线的方向,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'.(8)用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的度数.(9)从三角函数表中查出入射角
3、和折射角的正弦值,记入自己设计的表格里.(10)用上面的方法分别作出入射角是30°､45°､60°时的折射角,查出入射角和折射角的正弦值,把这些数据也记在表格里.(11)算出不同入射角时的值,比较一下,看它们是否接近一个常数,求出几次实验中所测的平均值,这就是玻璃的折射率.5.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,出射光较弱;太小:入射角､折射角测量的相对误差较大.(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
4、界面当尺子画界线.(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5cm以上,若宽度太小,则测量误差较大.6.实验误差分析(1)入射光线､出射光线位置的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,以减小测量的相对误差.二､用双缝干涉测光的波长1.实验目的(1)明确实验器材的构成及其作用.(2)观察白光及单色光的双缝干涉图样.(3)测定单色光的波长.2.实验原理如图2-4-3所示,电灯发出的光,经过滤光片后变成单色光,再经过单缝S时发生衍射,这时单缝S相当于一单色光源,衍射光波同
5、时到达双缝S1和S2之后,再次发生衍射,S1､S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,透过S1､S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加,S1､S2到屏上P点的路程分别为r1､r2,两列光波传到P的路程差Δx'=
6、r1-r2
7、,设光波波长为λ.(1)若Δx'=nλ(n=0,1,2,…),两列波传到P点同相,互相加强,出现明条纹.(2)若Δx'=(2n+1)(n=0,1,2,…),两列波传到P点反相,互相减弱,出现暗条纹.这样就在屏上得到了平行于双缝S1､S2的明暗相间的干涉条纹.相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ,双缝S1､S2间距离d及双缝与屏的距离l有关,其关系式为:Δx,
8、由此可知,只要测出Δx､d､l,即可测出波长λ.两条相邻明(暗)条纹间的距离Δx可用测量头测出.测量头由分划板､目镜､手轮等构成.如图2-4-4所示.转动手轮,分划板会左､右移动.测量时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(如图2-4-5所示),记下此时手轮上的读数a1;转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线对齐另一条相邻的条纹中心时,记下手轮上的刻度a2,两次读数之差就是这两条条纹间的距离.即Δx=
9、a1-a2
10、.Δx很小,直接测量时相对误差较大,通常测出n条明(暗)条纹间的距离a,再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx=.3.实验器材双缝干涉仪,即:光具座､光源､滤光片､单缝､双
11、缝､遮光筒､毛玻璃屏､测量头,另外还有学生电源､导线､刻度尺.4.实验步骤(1)观察双缝干涉图样①把直径约10cm､长约1m的遮光筒水平放在光具座上;筒的一端装有双缝,另一端装有毛玻璃屏(装置如图2-4-6所示).②取下双缝,打开光源,调节光源的高度,使光线能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.③放好单缝和双缝,单缝和双缝间距离为5~10cm,并使缝相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上.④通过测量头观察屏上出现的白光的干涉图样.
