XX省专用学年高中物理第十三章光第节第课时实验测定玻璃折射率讲义含解析新人教选修

XX省专用学年高中物理第十三章光第节第课时实验：测定玻璃的折射率讲义含分析新人教版选修XX省专用学年高中物理第十三章光第节第课时实验：测定玻璃的折射率讲义含分析新人教版选修PAGEXX省专用学年高中物理第十三章光第节第课时实验：测定玻璃的折射率讲义含分析新人教版选修第二课时实验：测定玻璃的折射率一、实验目的掌握测定玻璃折射率的方法。二、实验原理用插针法确立光路，找出跟入射光芒相对应的折射光芒，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，依据折射定律计算出玻璃的折射率n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。三、实验器械玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。四、实验步骤(1)以以下图，将白纸用图钉钉在平木板上。(2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光芒。(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′。(4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖察看大头针P1、P2的像，调整视野方向直到P2的像挡住P1的像。再在察看者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的地点。(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光芒经过玻璃砖后的流传方向。(6)连结OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角胸襟进出射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中。(7)用上述方法求进出射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。(8)算出不同样入射角的比值eq\f(sinθ1,sinθ2)，最后求出在几次实验中所测eq\f(sinθ1,sinθ2)的均匀值，即为玻璃砖的折射率。五、数据办理办理方式一：在找到入射光芒和折射光芒此后，以入射点O为圆心，以随意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO′(或OO′的延伸线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图甲所示。因为sinθ1＝eq\f(CC′,CO)，sinθ2＝eq\f(DD′,DO)，而CO＝DO，所以折射率n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(CC′,DD′)。重复以上实验，求得各次折射率的计算值，此后求其均匀值即为玻璃砖折射率的丈量值。办理方式二：依据折射定律可得n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，所以有sinθ2＝eq\f(1,n)sinθ1。在多次改变入射角、丈量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sinθ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，成立直角坐标系如图乙所示，描数据点，过数据点连线获得一条过原点的直线。求解图线斜率，设斜率为k，则k＝eq\f(1,n)，故玻璃砖折射率n＝eq\f(1,k)。六、注意事项(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光芒转折点之间的距离要稍大一些。(2)入射角θ1应适合大一些，以减小丈量角度的偏差，但入射角不宜太大。(3)在操作时，手不可以触摸玻璃砖的光洁面。更不可以把玻璃砖界面当尺子画界限。(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对地点不可以改变。(5)玻璃砖应采用宽度较大的，宜在5cm以上。若宽度太小，则丈量偏差较大。七、实验偏差(1)入射光芒和出射光芒确立的不够精准。所以要求插大头针时两大头针间距应稍大。(2)入射角、折射角丈量的不精准。为减小测角时的相对偏差，入射角要稍大些，但不宜太大，入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱。[例1]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，如图甲所示。(1)在答题纸上相应的图中画出圆满的光路图；(2)对你画出的光路图进行丈量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保存3位有效数字)；(3)为了察看光在玻璃砖不同样表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光芒上的2枚大头针，其对应出射光芒上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)。[分析](1)分别连结玻璃砖双侧的大头针所在的点，并延伸与玻璃砖边分别订交，标出流传方向，此后连结玻璃砖界限的两交点，即为光芒在玻璃砖中流传的方向。光路以以下图。(2)设方格纸上正方形的边长为1，光芒的入射角为i，折射角为r，则sini＝eq\f(5.3,\r(5.32＋42))＝0.798，sinr＝eq\f(2.2,\r(2.22＋3.62))＝0.521所以玻璃的折射率n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(0.798,0.521)＝1.53。(3)由题图乙可知，光芒P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光芒射到了一个三棱镜上，所以出射光芒将向底边偏折，所以出射光芒过P3和A。[答案](1)如分析图所示(2)1.53(说明：±0.03范围内都可)(3)A[例2]以以下图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，使其界限与所画的圆重合。在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2，再在另一侧先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃察看时，大头针P4和P3与P2和P1的像恰在向来线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在白纸上的图中画出：(1)沿P1和P2连线方向的入射光芒经过圆柱形玻璃后的流传方向。(2)光芒在玻璃内的流传方向。(3)在光芒的入射点作法线，标进出射角θ1和折射角θ2。(4)写出计算玻璃折射率的公式(不用计算)。[分析]过P1、P2作直线交圆周于O1点，过点O1作法线O1O；过P3、P4作直线为出射光芒，交圆周于O2点；过O2O作直线为法线。连结O1O2为入射光芒在玻璃内的折射光芒。量进出射角θ1和折射角θ2，由公式n12＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可求出折射率。以以下图。[答案]看法析1.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′，不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在以以下图的地点上，而实验中其余操作均正确，测得的折射率将()A．偏大B．偏小C．不变D．没法确立分析：选C可作出经过玻璃砖的光路图，由几何知识可知，测出的折射角与正确值同样。2．某同学经过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次丈量光阴线在空气和玻璃砖中的流传路径。该同学测得多组入射角i和折射角r，作出sini­sinr图像如图乙所示。则()A．光由A经O到B，n＝1.5B．光由B经O到A，n＝1.5C．光由A经O到B，n＝0.67D．光由B经O到A，n＝0.67分析：选B由sini­sinr图像可知，同一光芒sinr＞sini，即r＞i，故r为光芒在空气中流传光阴线与法线的夹角，则BO为入射光芒，OA为折射光芒，即光芒由B经O到A，折射率n＝eq\f(sinr,sini)＝eq\f(0.9,0.6)＝1.5，应选项B正确，选项A、C、D错误。3.由某种透明物系统成的等腰直角棱镜AOB，两腰都为16cm，且两腰与Ox和Oy轴都重合，截面以以下图，从BO边的C点凝视A点，发现A点的地点在D点，测出C点的坐标(0,12)，D点的坐标为(9,0)，由此可以算出该透明物质的折射率为________。分析：由题中表达可知，A点发出的光芒在C点折射后，反向延伸线过D点，光路图以以下图。由图可以求得：sini＝eq\f(OC,\r(OC2＋OD2))，sinr＝eq\f(OC,\r(OC2＋OA2))，所以n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(\r(OC2＋OA2),\r(OC2＋OD2))＝eq\f(\r(122＋162),\r(122＋92))＝eq\f(4,3)。答案：eq\f(4,3)4．用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，此后在玻璃砖的另一侧察看，调整视野使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和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针地点和圆弧状玻璃砖轮廓如图甲所示(O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光芒)。(1)在图上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃的折射率，需要丈量入射角θ1和折射角θ2，请在图中的AB分界面上画出这两个角。(3)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，依据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________。分析：(1)连结P3、P4与CD交于一点，此交点即为光芒从玻璃砖中射出的地点，又因为P1、P2的连线与AB的交点即为光芒进入玻璃砖的地点，连结两点即可作出玻璃砖中的光芒，以以下图。(2)连结O点与光芒在AB上的入射点即为法线，作进出射角和折射角如图中θ1、θ2所示。(3)图像的斜率k＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n，由题图乙可知斜率为1.5，即玻璃的折射率为1.5。答案：(1)如分析图所示(2)如分析图中θ1、θ2所示(3)1.55.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，此后在棱镜的另一侧察看，调整视野使P1的像被P2挡住。接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出大头针地点和三棱镜轮廓，以以下图。(1)在此题的图上画出所需的光路。(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要丈量的量是________________，在图上标出它们。(3)计算折射率的公式是n＝________。分析：(1)以以下图，画出经过P1、P2的入射光芒交AC面于O，画出经过P3、P4的出射光芒交AB面于O′，则光芒OO′就为入射光芒P1、P2在三棱镜中的折射光芒。(2)在所画的图上，注明入射角θ1和折射角θ2，并画出虚线部分。用量角器丈量出θ1和θ2或用刻度尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度。(3)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)或因为sinθ1＝eq\f(EF,OE)，sinθ2＝eq\f(GH,OG)则n＝eq\f(EF,OE)÷eq\f(GH,OG)＝eq\f(EF,OE)·eq\f(OG,GH)。答案：(1)如分析图所示(2)入射角θ1折射角θ2(或EF和OE、GH和OG的长度)如分析图所示(3)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或n＝\f(EF,OE)·\f(OG,GH)))6．如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的______面不可以用手直接接触。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的地点同样，且插在c地点的针正好挡住插在a、b地点的针的像，但最后一个针孔的地点不同