适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理一轮总复习第13章光学电磁波相对论实验18测定玻璃的折射率课件

实验18测定玻璃的折射率第十三章内容索引010203强基础增分策略增素能精准突破练思维迁移运用强基础增分策略1.实验目的测定玻璃的折射率,掌握光发生折射的入射角和折射角的确定方法。2.实验原理用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O'B,确定出O'点,画出折射光线OO',然后测量出角θ1和θ2,根据

计算玻璃的折射率。θ1为空气中的角,θ2为玻璃中的角3.实验器材白纸、图钉、大头针、刻度尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。

4.实验步骤(1)铺白纸、画线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把平行玻璃转平放在白纸上,使它的长边跟aa'对齐,画出玻璃砖的另一条长边bb'。(2)插针与测量①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,再在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4的位置。

P3、P4连线即为光线AO的出射光线②移开玻璃砖连接P3、P4并延长交bb'于O',连接OO'即为折射光线,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'。③用量角器测出入射角和折射角,查出它们的正弦值。④改变入射角θ1,重复实验,记录相关测量数据。5.数据处理(1)计算法:计算每次折射率n,求出平均值

。(2)图像法(如图所示)

(3)单位圆法(如图所示)6.误差分析(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故在入射侧和出射侧所插两枚大头针的间距应大一些。(2)入射角和折射角的测量造成误差。入射角应适当大一些,可以减小测量的相对误差。易错辨析

(1)做测定玻璃的折射率实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上。(

)(2)做测定玻璃的折射率实验时,入射角越大越好。(

)(3)做测定玻璃的折射率实验时,应把玻璃砖界面当作尺子直接画界线。(

)√××增素能精准突破考点一实验原理与操作典例1.某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度(

)A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是(

)(3)该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n=

。(用图中线段的字母表示)

答案

(1)AD

(2)D

(3)解析

(1)在插针法测定玻璃的折射率实验中,使用两光学面间距大的玻璃砖能更准确地确定玻璃砖内光线的位置,有利于减小实验误差,而两光学面是否平行对测量折射率没有影响,选项A正确,B错误;插针时要求后插的针挡住先插的针或先插的针的像,故选用细一点的大头针能更准确地确定光线位置,提高实验精确度,选项C错误;实验中是根据同侧两枚大头针的连线来确定入射光线或出射光线,故距离大些更好,选项D正确。

(2)由题图可知实验使用的是平行玻璃砖,故出射光线应该与入射光线平行,选项A出射光线与入射光线在同一直线上,选项B、C中出射光线与入射光线不平行,故只有选项D正确。考题点睛

考点考向点睛测折射率的原理光学中的几何关系规律:控制实验条件准确操作实验,以保证得到的入射角和折射角的准确性方法:用后插大头针挡住前插大头针的像及两点决定一直线来画出入射光线和折射光线,从而找出入射角和折射角,利用单位圆计算出n易错:两光学面不必平行,只需画出入射光线和折射光线就能求得折射率考点二实验数据处理与误差分析典例2.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,然后在玻璃砖的另一侧观察,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,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓,如图甲所示,其中O为两圆弧圆心,图中已画出经P1、P2点的入射光线。(1)在图甲上补画出光路以及入射角i和折射角r。(2)用所测物理量计算折射率的公式为n=

。

(3)为了保证在弧面CD得到出射光线,实验过程中,光线在弧面AB的入射角应适当

(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。

(4)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根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,由图像可知该玻璃砖的折射率n=

。

解析

(1)连接P3、P4与CD交于一点,此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置,由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置,连接两交点即可作出玻璃砖中的光路,如图所示。(2)由折射定律可得n=。(3)为了保证能在弧面CD上有出射光线,实验过程中,光线在弧面AB上的入射角应适当小一些,才不会使光线在CD面上发生全反射。(4)图像的斜率k==n,由题图乙可知斜率为1.5,即该玻璃的折射率为1.5。考题点睛

考点考向点睛测折射率的数据处理和误差分析规律:画出入射光线和折射光线,找出入射角和折射角,用图像法处理sini与sinr的大小,计算出折射率方法:利用图像的斜率表示折射率n易错:光从圆弧状玻璃出射时为防止发生全反射,在AB面入射时,入射角应小一些练思维迁移运用1.(2022重庆渝北期中)某同学用“插针法”测量玻璃的折射率,所用玻璃砖两面平行。正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示。(1)某同学操作不慎,将规则的玻璃砖倾斜一定角度后,仍准确记下玻璃砖的四个分界面,如图乙,其他操作完全正确,则玻璃砖折射率的测量值与真实值相比

(选填“变大”“变小”或“不变”)。

(2)另一同学已记录好了玻璃砖的两个分界面,操作不慎,将玻璃砖的位置稍微向下平行移动了一小段距离,如图丙,其他操作完全正确,则玻璃砖折射率的测量值与真实值相比

(选填“变大”“变小”或“不变”)。

(3)如图丁利用“插针法”测量不平行玻璃砖折射率。实验数据处理采用如下方法:以入射点O为圆心,取一合适的长度为半径作圆,该圆与入射光线PO交于M点,与折射光线OO'的延长线交于F点,过M、F点分别向法线作垂线,其垂足分别为N、E,现测得lMN=1.68cm,lEF=1.12cm,则该玻璃砖的折射率n=

。

答案

(1)不变

(2)不变

(3)1.5解析

(1)虽然将规则的玻璃砖倾斜一定角度,但准确记下玻璃砖的四个分界面,能准确得到入射光线与折射光线,因此玻璃砖折射率的测量值与真实值相等。(2)如图玻璃砖折射率的测量值为由图得θ1'=θ1θ2'=θ2比较可得n'=n。2.(2022四川雅安期中)(1)在测量玻璃的折射率时,实验室提供了多种形状的玻璃砖供同学们使用,某实验小组使用两种不同形状的玻璃砖进行实验,他们在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图甲中1、2所示,他们的其他操作均正确,下列说法正确的是

。

A.学习小组没有量角器和圆规,利用刻度尺和三角板也可以测出玻璃砖的折射率B.光线从矩形玻璃砖上表面入射后,再从下表面射出,可能在下表面发生全反射C.图1测得的折射率比真实值小D.图2测得的折射率比真实值大(2)另一个实验小组使用半圆柱玻璃砖测量玻璃的折射率,他们的操作步骤如下:A.用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d,然后确定圆心的位置,记在玻璃砖上;B.在白纸上画一条直线作为入射光线,并在入射光线上插两枚大头针P1和P2;C.让入射光线与玻璃砖的直径垂直,入射光线经过圆心O;D.以垂直于纸面过圆心O的直线为轴,缓慢逆时针转动玻璃砖,同时调整视线方向,直到从玻璃砖下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圆柱玻璃砖的直径画一条直线AB,过O画AB的垂线与半圆交于C点,过圆上的C点作垂直于P1P2延长线的直线交P1P2延长线于D,如图乙所示。①看不到P2和P1的像是因为发生了

。

②只使用毫米刻度尺,且计算简洁,还需要测量

(选填“OD”或“CD”)的长度,记作l。

③玻璃砖的折射率的表达式n=

。

解析

(1)在入射光线和折射光线上取两个离入射点较远的点,分别向法线作垂线,用刻度尺量出入射角和折射角的对角和斜边的长度,求出入射角和折射角的正弦值,根据折射定律计算出折射率,故A正确;由于上下表面平行,光线从上表面射入下表面射出,入射角等于出射角且小于90°,则不可能在下表面发生全反射,故B错误;在图1中,通过作图的方法,根据几何关系可知,所得到的光在介质中的折射角偏大,则所测得的折射率偏小,故C正确;在图2中,只要操作正确,测量结果与玻璃砖的形状无关,测得的折射率等于真实值,故D错误。(2)①从玻璃砖下方恰好看不到P2和P1的像,则P2和P1的像是发生了全反射。3.(2021全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路,C、D两个大头针确定出射光路,O和O'