第3讲 实验：测量玻璃的折射率

第3讲实验：测量玻璃的折射率开始0102实验知能·系统归纳迁移应用·发展素养第3讲实验：测量玻璃的折射率(基础实验)一、理清原理与操作原理装置图操作要领(2)插针与测量①在AO上插上两枚大头针P1、P2，在玻璃砖另一侧通过观察插上大头针P3、P4②移去玻璃砖和大头针，连接P3、P4交bb′于O′，连接OO′③测出入射角θ1、折射角θ2三、扫描实验盲点1．注意事项(1)玻璃砖要用厚度较大的。(2)入射角不宜过大或过小，一般控制在30°到60°之间。(3)大头针要竖直插在白纸上，且距离应适当大一些。(4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。2．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，以减小测量的相对误差。1．(2023·丽水模拟)小明利用插针法做“测定玻璃砖的折射率”实验，正确操作后在白纸上画出了入射光线和折射光线，由于没有量角器，小明采用以下方法处理数据：以入射点O为圆心在白纸上作圆，该圆与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线MN的垂线，垂足分别为C、D点，如图1所示，然后改变入射角，重新进行实验，并仍按上述方法进行数据处理；设AC、BD的长度分别为x、y，小明一共获得了8组x、y值，并在y-x坐标系中描出各对应的点，如图2所示，根据图可求得该玻璃砖的折射率为____________。(保留三位有效数字)答案：1.50(1.40～1.60均正确)2．(2023·台州模拟)如图所示，某同学在“测量玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′，O为直线AO与aa′的交点，在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。(1)该同学接下来要完成的必要步骤有_________。A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P2的像和P1的像C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P2、P1的像(2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O作垂直于aa′的直线NN′，连接OO′测量图中角α和β的大小，则玻璃砖的折射率n＝__________。(3)如果在实验过程中不小心将玻璃砖向上平移了一些，bb′移到图中虚线位置，而在作光路图时aa′不变，则所测得的折射率将__________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。(4)若所使用的玻璃砖的界面bb′与aa′不平行，其他操作无误，则所测得的折射率将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。解析：(1)确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，故A、C错误，B、D正确。(3)如果在实验过程中不小心将玻璃砖向上平移了一些，bb′移到图中虚线位置，而在作光路图时aa′不变，作出光路图：线①表示实际的光路，线②表示作图时所用的光路，可见，测量得到的入射角没有变化，而折射角偏小，根据折射率公式可知所测得的折射率将偏大。(4)测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关。所以若所使用的玻璃砖的bb′与aa′不平行，其他操作无误，则所测得的折射率将不变。3．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)下列说法正确的是________。A．入射角越大，折射率的测量越准确B．入射角越小，折射率的测量越准确C．应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AC、BD表示)解析：(1)入射角合适即可，不是越大或越小误差就越小，A、B错误；应选用细的大头针完成实验，这样光线的确定才会比较准确，C错误；插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些，这样确定的光线方向比较准确，D正确。(2)入射光线与出射光线平行，并且光线在玻璃中与法线的夹角要小于空气中与法线的夹角，故选D。4．某同学为测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上的O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00cm，AB间的距离为6.00cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00cm，玻璃砖厚度d2＝4.00cm。(1)请在图中作出到达B点光线的光路图；(2)玻璃的折射率n＝____________(结果保留2位有效数字)。解析：(1)作出光路图如图所示。答案：(1)见解析图(2)1.25．做测量玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况：(1)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sini-sinr图像如图甲所示，则下列判定正确的是________。A．光线是从空气射入玻璃的B．该玻璃的折射率约为0.67C．该玻璃的折射率约为1.5D．该玻璃置于空气中时临界角为45°(2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y＜0区域放入某介质(以x轴为界面)，并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A(8cm,3cm)、B(1cm，－4cm)、C(7cm，－4cm)，则：①入射点O′(图中未标出)的坐标为__________；②通过图中数据可以求得该介质的折射率n＝__________。6．在“测量玻璃的折射率”的实验中，实验小组在白纸上放好玻璃砖MNPQ，画出玻璃砖与空气的两个界面aa′和bb′(如图)。(1)实验小组内的三位同学在实验中：①第一位同学在纸上正确画出了玻璃砖的两个折射面aa′和bb′。因不慎碰动了玻璃砖，使它向aa′方向平移了一点(如图1所示)，以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)；②第二位同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的aa′和bb′都比实际的折射面向外侧平移了一些(如图2所示)，以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)；③第三位同学的操作和所画的光路图都正确无误，只是所用的玻璃砖的两个折射面不平行(如图3所示)。用这块玻璃砖测出的折射率n的值将______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(2)另一实验小组的甲、乙、丙、丁四位同学实验中得到如图所示的插针结果，由图可知：①从图上看，肯定把针插错了的同学是______