测定介质的折射率

1、第二节测定介质的折射率1(3 分)介质的折射率由 _决定的，与 sin 1和 sin 2大小 _当光垂直界面照射时，怎样计算介质折射率？【解析】折射率是表示光线在透明介质界面上发生偏折程度的物理量，其sin 1大小由介质本身的光学特性决定，虽然利用n 计算，但其大小与 sin 1、 sin 2sin 2无关在折射现象中， 当入射角为 0时，折射角也为 0，这是个特殊情况，sin 1c但仍是折射现象，此时无法利用公式n sin 2计算，但仍可利用n v来计算该介质的折射率c【答案】介质光学性质无关n v2(3 分 )一束光线与水平方向成30角，从空气射入水中，其反射光线和折射光线恰好垂直，则反射

2、角和折射角各为()a30 30b60 60c60 30d30 60【解析】 我们可以根据题意画一简单的光路图，根据题中条件可知入射角为 60，则反射角为 60，由反射光线和折射光线的垂直关系可知折射角为30.【答案】c3(4 分 )如图 421 所示，人站在距槽边 d 为 l1.2 m 处，刚好能看到槽底 b 处，人眼睛距地面高度 h1.6 m，当槽中注满某种透明液体时，人刚好能看到槽底中央 o 点处求：图 421(1)这种液体的折射率：(2)光在该液体中的传播速度【解析】连接人眼与 b 点，由图可知入射角 1cdb.连接 d 点与 o 点，2sin 1c，即可求出液体的折射率 n 和光在则折

3、射角 cdo.这样由公式nsin 2v第 1页此液体中的传播速度因为 sin 1sincdb bcl3，bdl2 h2 52 ococ又因为 sin od22，oc cd3 bc2oc10由 sin 15 bd bd得 bd3 oc，228将 cdbd 4oc 代入得 cd3oc，sin 2oc3 ，oc2 8oc 2733sin c故液体的折射率n1 1.71，光在该液体中的传播速度：v sin2n1.75108 m/s.【答案】(1)1.71(2)1.75 108 m/s1学会根据 n sin i 测定玻璃的折射率，并能掌握实验操作sin 课 标技能导 思2 会对实验方案进行必要的评估.学

4、生 p45一、实验目的会用插针法测定玻璃的折射率， 掌握光发生折射时， 入射角和折射角的确定方法二、实验原理如图 422 所示，用插针法找出与入射光线ao 对应的出射光线 o b，sin i确定出 o点，画出折射光线 oo，然后测量出角i 和 r 的度数，根据 nsin r计算出玻璃的折射率第 2页图 422三、实验器材白纸；图钉；大头针；长方形玻璃砖； 直尺；铅笔；量角器；木板四、实验步骤1如图所示，将白纸用图钉按在绘图板上，先在白纸上画出一条直线 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2把长方形玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟 aa对齐，

5、画出玻璃砖的另一条长边 bb .3在线段 ao 上竖直地插上两枚大头针p1、p2，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 挡住再在观察的这一侧插两枚大头针 p3、p4，使 p3 挡住 p1、p2 的像， p4 挡住 p3 及 p1、p2 的像，记下p3、p4的位置4移去大头针和玻璃砖，过p3、p4 引直线 ob，与 bb交于 o，直线o b 就代表了沿ao 方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向连接oo，入射角 i aon，折射角 r oon.5用量角器量出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入自己设计的表格中6改变入射角，用上述方法分别求出折射角，查

6、出它们的正弦值，填入表格中sin i7根据 nsin r求得每次测得的折射率，然后求出平均值五、注意事项1入射角 i 不要定的太小，如果i 太小， r 也太小，用量角器测量角度时，相对误差较大2在入射光线上插上大头针或确定o b 时插的大头针都要竖直p1 与 p2及 p3 与 p4 的距离要适当大一些3要先画直线 aa，放上玻璃砖后再画bb直线， 不要放上玻璃砖后再画aa，以免入射点 o 的位置有误差4画好界面 bb后实验中不要再碰动玻璃砖，以免改变入射角和折射角，第 3页使 量 果出 5玻璃 用 度 大的，宜在5 cm 以上若 度太小， 量 差 大学生 p45一、数据 理1平均 法将表格中每

7、 的n sin i 算出来，然后求其平均 即 介 折射率的 sin 量 ，即1n 5(n1n2 n5)2 象法以入射角 i 的正弦 sin i 横坐 ，以折射角 的正弦 sin 坐 建立坐 系，将 数据在坐 系中描点、 (如 4 2 3)， 所得直 的斜率 k1与介 的折射率n 之 的关系 n k图 423二、 差分析 生原因减小方法偶然 差 入射角 i 和折射角 数不准确保持 与玻璃 (或容器 ) 的上表面垂直入射光 粗，或没有沿半径方向系 差 整好光束的粗 和入射方向入射三、 玻璃 折射率的 改 本 是通 量入射角和折射角， 其正弦 ，再代入n sin i/sin r 中求玻璃折射率的采用

8、 种方法容易 生 大 差改 方法一：在找到入射光 和折射光 以后，可以以入射点o 心，以任意 半径画 ，分 与 ao、 oo(或 oo的延 )交于 c 点和 d 点，过 c、d 两点分 向法 nn作垂 ，交 nn于 c、 d点，用直尺量出第 4页cc和 dd 的长，如图图 424ccdd 因 sin 1 oc ，sin 2 od ，而 oc odr.sin 1cc因此玻璃折射率 n.用同样方法再多测几组数据求出n 值，然后求平均值即为所求玻璃砖的折射率显然，以边长替代入射角、折射角的正弦值既方便又准确改进方法二：根据折射定律可得nsin 1，因此有 sin sin nsin .在多次改变入射角

9、、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以 sin 值为横坐标、以 sin 值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线图 4251求解图线斜率，设斜率为k，则 k n，1故玻璃砖折射率 n k.一、测定玻璃的折射率某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的圆， 圆心为 o，将玻璃圆柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合在玻璃一侧竖直插两枚大头针p1 和 p2，在另一侧再先后插两枚大头针 p3 和 p4，使从另一侧隔着玻璃观察时， 大头针 p3 和 p4 与 p1 和 p2 的像恰在一直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在白纸上

10、得到图426.图 426(1)在图中画出：沿 p1 和 p2 连线的入方向的入射光线通过圆柱形玻璃后的传播方向光线在玻璃中的传播方向在光线的入射点作法线，标出入射角i 和折射角 .第 5页(2)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算 )【导析】分别作出入射光线、 出射光线与界面的交点， 确定介质中的折射sin i光线，将入角 i 、折射角 代入 n即可解决【解析】光路图如图所示， 过 p1 和 p2 作直线交圆于o1 点，作 o1 o 为法线，过 p3 和 p4 作直线为出射光线交圆于 o2 点，过 o2o 作直线为法线，连接o1o2 为入射光线在玻璃内的折射光线，sin i量出入射角 i 和折射

11、角 ，根据折射定律n可求出折射率sin i【答案】(1)见解析(2)n sin 折射率测量是否准确， 取决于所画光路图中的“光线”是否准确，问题的关键在于入射光线的入射点和出射光线的出射点能否准确地确定.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挡住，接着在眼晴所在的一侧插两枚大头针p3、 p4，使 p3 挡住 p1、 p2 的像，4挡住 p3 和 p1、 p2 的像，大头针的位置和三棱镜的轮廓如图427 所示p图 427(1)在图上画出所需的光路(2)为了测出三棱镜玻璃的折射率，需要测

12、量的量是_、 _，在图上标出它们(3)计算折射率的公式是 _【解析】(1)如图所示，画出通过 p1、p2 的入射光线交ac 面于 o 点，画出通过 p3、 p4 的出射光线交 ab 面于 o点，则光线 oo 就是入射光线p1p2 在三棱镜中的折射光线(2)在所画的图上，标明入射角1和折射角 2，并画出虚线部分用量角器测量出1 和 2 或用刻度尺测出线段ef、 oe、 gh、og 的长度第 6页(3)n sin 1或因为 sin 1 ef，sin 2gh，sin 2oeogef ghef og则 n / .oe og oe gh【答案】(1)如图所示(2)(图)入射角 1折射角 2(或 ef 和

13、 oe、 gh 和 og)(3)nsin 1ef og(或 n )sin oe gh2二、测定介质折射率的误差分析如图 428 所示，在用玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，如果所用的玻璃砖 abcd 的上表面 ab 和下表面 cd 不严格平行 (ad 略大于 bc)，下列说法中正确的是 ()图 428a用此玻璃砖做实验，画出的出射光线c 和相应的入射光线a 不再平行，因此对实验结果产生系统误差b用此玻璃砖做实验，画出的出射光线c 和相应的入射光线a 不再平行，但不会因此对实验结果产生影响c出射光线 c 相对于入射光线 a 有顺时针方向的微小偏转d出射光线 c 相对于入射光线 a 有逆时针方向的微小

14、偏转【导析】作出入射光线， 入射点和出射点 连接入射点和出射点得到玻璃中实际的折射光线【解析】只要能把入射光线a 在玻璃中的折射光线b 确定下来，就能测定出玻璃的折射率 ab 和 cd 不严格平行， a 和 c 显然也不平行， 但同样能确定出b 的位置，因此不会对实验结果产生影响，可以设想ab 和 cd 原来是平行的，现让 cd 逆时针转动一个小角度，则法线也跟着逆时针转动，b 光线的入射角减小了 .由于折射角的变化大于入射角的变化，可以设想为出射光线c 先随法线逆时针转动(相当于折射角没变)，再顺时针转动一个更大的角度到达新位置因此，本题选项为bc.第 7页【答案】bc解决这类问题作实际光路

15、图是关键， 再根据实际情况去分析入射角， 折射角及折射率的变化 .2在测定玻璃的折射率的实验中， 画好玻璃砖界面的两直线 aa和 bb后，不慎将玻璃砖向上平移， 如图 429 中的虚线所示 若其他操作正确， 则测得的折射率将 _(填“偏大”“偏小”或“不变” )图 429【解析】如图所示，ab 为作图时玻璃里的折射线，ab为实际实验时玻璃砖里的折射线由于玻璃砖只是平移，可得 ab 与 a b平行，因此入射角的测量值i 与实际值 i相等，折射角的测量值与实际值 相等，因此根据公式： n sin i ，折射率 n 的测量值与实际值相等所以n 不变sin 【答案】不变1某同学做测定玻璃折射率实验时，

16、用他测得的多组入射角i 与折射角 ，作出 sini sin图象如下图4210 所示，下列判断中哪些是正确的()图 42 10a他做实验时，光线是由空气射入玻璃的b玻璃的折射率为0.67c玻璃的折射率为1.58d光在玻璃中的传播速率为210 m/s【解析】由图知，光线由空气射入玻璃a 对； n k sin i，b错，sin 1.5cc 31088c 对；由 n v得 vn 1.5m/s 210m/s.d 对【答案】acd2测定玻璃的折射率时，为了减少实验误差，应该注意的是()a玻璃砖的宽度宜大些b入射角应尽量小些第 8页c大头针应垂直地插在纸面上d大头针 p1 和 p2 及 p3 和 p4 之间

17、的距离适当大些【解析】由做本实验注意事项可知a、 c、 d 选项正确【答案】acd3如右图 4211 所示，是利用插针法测定玻璃砖折射率的一次实验光路图， pq 为玻璃砖入射面的法线，mn、 ef 均垂直于法线 pq 并分别交于 n 和 e点，入射点为o，取 omof，用刻度尺量出mn、 ef 的长度，则折射率nmn/ef.改变入射角 i 的大小，重复以上实验，可量出mn、ef 的多组数据现有两位同学各设计了一个记录数据表格，而且都已完成了计算甲同学设计的表格是：图 42 11次数123长度平均值nmn/cm1.681.782.121.861.49ef/cm1.121.241.401.25乙同学设计的表格