【三年高考两年模拟】2017年高考物理新课标一轮复习(课件 习题)第十三章振动与波光学相对论第6讲讲解

课标版 物理 第6讲 实验：测定玻璃的折射率 实验目的 1.测定玻璃的折射率。 2.学会用插针法确定光路。 实验原理 如图所示,当光线AO以一定的入射角1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OB,从而确定折射光线OO和折射 角2,再根据n= 或n= 算出玻璃的折射率。 教材研读 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。 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.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OB交bb于O。连接O、O,OO就是玻璃砖内折射光线 的方向。AON为入射角,OON为折射角。 7.改变入射角,重复实验。 数据处理 1.计算法 用量角器测量入射角1和折射角2,并查出其正弦值sin 1和sin 2。算 出不同入射角时的 值,并取平均值。 2.作sin 1-sin 2图像 改变不同的入射角1,测出不同的折射角2,作sin 1-sin 2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 1、sin 2,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CD的垂线PN,过Q作CD的垂线QN,如图所示,则sin 1 = ,sin 2= ,又OP=OQ=R,则n= = ,只要用刻度尺测出PN、QN 的长度就可以求出n。 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1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。 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,以减小测量的误差。 考点一 实验原理与操作 考点突破 典例1 用三棱镜做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱 镜的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线,使P1 的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P 1、P2的像,P4挡住P3本身和P1、P2的像。在纸上标出大头针位置和三棱镜 位置如图所示: (1)在图上作出光路; (2)为了测出玻璃的折射率,需要测量的是 ,在图上标出它们; (3)计算折射率的公式是n= 。 答案 见解析 解析 (1)如图所示。 (2)需要测量的物理量有:入射角1,折射角2,见图。 (3)n= ,用量角器量出1、2,查出 sin 1、sin 2的值代入可求出n。 1-1 2015北京理综,21(1)“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好 玻璃砖,aa和bb分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图1所示。在玻璃砖的 一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透 过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4。在插P3和P4时,应使 (选填 选项前的字母)。 A.P3只挡住P1的像 B.P4只挡住P2的像 C.P3同时挡住P1、P2的像 答案 C P3应同时挡住P1、P2的像,P4应挡住P3本身和P1、P2的像,故选 项C正确。 图1 1-2 在用插针法测定玻璃的折射率的实验中,某同学操作步骤如下: 用图钉将记录光路的白纸固定在平木板上; 手拿玻璃砖的毛面或棱,将其轻放在白纸上; 用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa和bb; 在aa上选择一点O,作为不同入射角的入射光线的共同入射点,画出入射 角i分别为0、30、45的入射光线; 用“插针法”分别得到各条入射光线的折射光线,观察时着重看大头针 的针帽是否在一条直线上,取下玻璃砖、大头针,连线,得到折射光线,量出 各个折射角r; 按公式分别计算 ,取三个值的算术平均值。 (1)以上步骤中有错误或不妥之处的是 。 (2)应改正为 。 答案 (1) (2)在中应先画出一条直线,把玻璃砖的一边与其重 合,再使直尺与玻璃砖的另一界面对齐,移动玻璃砖后再画另一边界线;在 中入射角要取0以外的三组数据;在中大头针要竖直插牢,观察时看针 脚是否在同一条直线上 解析 在本题中步骤操作不当,不应该用玻璃砖代替直尺画两界面aa 、bb,这样很容易破坏玻璃砖的光学面。步骤中入射角不应该取0,这 样无法确定折射角。步骤中,观察时应着重看大头针的针脚部分不应看 针帽部分是否在同一直线上。 考点二 数据处理和误差分析 典例2 某校开展研究性学习,某研究小组根据光学知识,设计了一个测液 体折射率的仪器。如图所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条相互垂直的 直径BC、EF。在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置 不变。每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得液面与 直径BC相平,EF作为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2,在圆 周EC部分插上P3,使P3挡住P1、P2的像。同学们通过计算,预先在圆周EC部 分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可以直接读出液体折 射率的值。 (1)若AOF=30,OP3与OC之间的夹角为30,则P3处刻的折射率的值为 。 (2)图中P3、P4两处,对应折射率大的是 。 (3)做AO的延长线交圆周于K,K处对应的折射率为 。 答案 (1)1.73 (2)P4 (3)1 解析 (1)根据折射定律有n= ,题中1=EOP3= -COP3=60,2= AOF=30,所以n= 1.73。 (2)在折射角相同的情况下,图中P4对应的EOP4大于P3所对应的EOP3, 所以P4处对应的折射率大。 (3)因A、O、K在一条直线上,入射角等于折射角,所以K处对应的折射率应 为1。 2-1 某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行。 正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示。此玻璃的折射 率计算式为n= (用图中的1、2表示);如果有几块宽度大小不同 的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度 (填“大”或 “小”)的玻璃砖来测量。 答案 大 解析 根据折射率定义可知n= = 。 玻璃砖宽度大些,光线穿过时的侧移量就会大些,测量时误差会小些。 2-2 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、和所示,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 (1)甲同学测得的折射率与真实值相比 (填“偏大”、“偏小”或 “不变”)。 (2)乙同学测得的折射率与真实值相比 (填“偏大”、“偏小”或 “不变”)。 (3)丙同学测得的折射率与真实值相比 。 答案 (1)偏小 (2)不变 (3)可能偏大