步步高2015高三物理(新课标)一轮讲义：实验14测定玻璃的折射率.doc

实验十四测定玻璃的折射率考纲解读1.学会用插针法确定光路.2.会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率基本实验要求规律方法总结1实验原理如实验原理图甲所示，当光线AO1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AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射角2，再根据n或n算出玻璃的折射率2实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔3实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上(2)在白纸上画一条直线aa，并取aa上的一点O为入射点，作过O点的法线NN.(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa对齐，并画出另一条长边的对齐线bb.(5)眼睛在bb的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线OB及出射点O，连接O、O得线段OO.(7)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.(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值1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，并取平均值(2)作sin 1sin 2图象：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin 1sin 2图象，由n可知图象应为直线，如实验原理图乙所示，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，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO于E点，过E作NN的垂线EH，过E作NN的垂线EH.如实验原理图丙所示，sin 1，sin 2，OEOER，则n.只要用刻度尺量出EH、EH的长度就可以求出n.2注意事项(1)用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb.(2)实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动(3)大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差(4)实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb一侧将看不到P1、P2的像考点一对实验操作的考查例1(2012江苏12B(2)“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时，要使它_图1是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边根据该图可算得玻璃的折射率n_.(计算结果保留两位有效数字)图1解析确定出射光线时应使D挡住C和A、B的像，作图如图所示，以O为圆心，OO为半径作圆交AB于E点，过E作a的平行线交法线于F，根据n得n，测量EF和OP长度得n1.8(1.61.9均正确，方法亦有多种)答案挡住C及A、B的像1.8(1.61.9都算对)考点二对数据处理与误差分析的考查例2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2所示图2(1)此玻璃的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示)；(2)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”)的玻璃砖来测量解析(1)据题意可知入射角为901，折射角为902，则玻璃的折射率为n.(2)玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确故应选用宽度大的玻璃砖来测量答案(1)(2)大创新实验设计例3学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图3所示在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2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的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住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，就可直接读出液体折射率的值，则：图3(1)若AOF30，OP3与OC的夹角为30，则P3处所对应的折射率的值为_(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？答：_.(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为_解析(1)根据折射定律n，题中160，2AOF30，所以n.(2)题图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以P4对应的折射率的值大(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率的值应为1.答案(1)(2)P4处对应的折射率的值大(3)11用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面aa和bb，若不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在图4所示的位置上，而实验中其他操作均正确，则测得的折射率将()图4A偏大 B偏小 C不变 D无法确定答案C解析经过玻璃砖的光路如图中实线所示，由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线，而是如图中虚线所示，由几何知识可知，测出的折射角与真实的折射角相同2某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，用他测得的多组入射角1与折射角2作出sin 1sin 2的图象如图5所示，下列判断不正确的是()图5A他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象B玻璃的折射率为0.67C玻璃的折射率为1.5D玻璃临界角的正弦值为0.67答案B解析由sin 1sin 2图象可知，1.51，故光是从空气射入玻璃的，入射角为1，A正确由折射率的定义知n1.5，B错误，C正确由临界角定义知临界角的正弦值sin C0.67，D正确故选B.3某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率开始玻璃砖的位置如图6中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且使P2的像挡住P1的像如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失此时只须测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率请用你的测量量表示出折射率n_.图6答案玻璃砖直径边绕O点转过的角度解析“P2的像挡住P1的像的现象恰好消失”意味着刚好发生全反射现象，此时玻璃砖内光线的入射角恰好等于临界角C，玻璃砖转过，入射光路的法线也转过同样的角度，入射角C.根据n得n.4如图7所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，请填写下述实验步骤中的空白图7 (1)用_测出广口瓶瓶口内径d.(2)在瓶内装满水(3)将刻度尺沿瓶口边缘_插入水中(4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻度的像B恰与A点的像相重合(5)若水面恰与直尺的C点相平，读出_和_的长度(6)由题中所给条件，可以计算水的折射率n_.答案(1)刻度尺(3)竖直(5)ACAB(6) 解析由光路图知：sin 1，sin 2，根据折射定律n 5在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图8所示图8(1)在图9中画出完整的光路图：图9(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n_(保留3位有效数字)(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图10所示图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和_(填“A”或“B”)图10答案(1)见解析图(2)1.53(说明：0.03范围内都可)(3)A解析(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播路径光路图如图所示(2)设方格纸上小正方形的边长为1，光线的入射角为1，折射角为2，则sin 10.798，sin 20.521所以该玻璃砖的折射率n1.53(3)由题图可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.6如图11所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的_面不能用手直接接触图11在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如图12所示计算折射率时，用_(填“d”或“e”)点得到的值较小，用_(填“d”或“e”)点得到的值误差较小图12答案光学de解析实验用的光学玻璃砖的光学面不能用手接触，以防止损坏其光学面如图所示，连接cd、ce并延长分别交玻璃砖于O1、O2点，连接OO1、OO2，入射角i相同，折射角OOO2OOO1，由n得，折射角越大的，求得的折射率越小由图可得，用d点得到的值较小，而ce与ab近似平行，故用e点得到的值误差较小7如图13所示，画有直角坐标系xOy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，是直线OA与y轴正方向的夹角，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，测出角和，便可求得玻璃的折射率某学生用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线OA上竖直地插上了P1、P2两枚大头针，但在y0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，他应采取的措施是_若他已透过玻璃砖看到P1、P2的像，确定P3位置的方法是_若他已正确地测得了、的值，则玻璃的折射率n_.图13答案另画一条更靠近y轴正方向的直线OA，把大头针P1、P2竖直地插在所画的直线上，直到在y0区域透过玻璃砖能看到P1、P2的像竖直插上大头针P3，使P3刚好能挡住P1、P2的像解析无法看到P1、P2的像是因为OA光线的入射角过大，发生全反射的缘故P3能挡住P1、P2的像说明OP3是OA的折射光线8如图14所示，某同学做“测定玻