测定玻璃的折射率实验归纳

测定玻璃的折射率实验归纳【本讲教育信息】一、教学内容：测定玻璃的折射率实验归纳二、学习目标：1、掌握测定玻璃的折射率的实验原理及实验误差分析。2、能够正确作出不同形状的玻璃砖的光路并会运用公式法及单位圆法处理实验数据。3、重点掌握测定玻璃的折射率相关的重要的习题类型及其解法。考点地位：测定玻璃的折射率实验是高考考查的重点，从近几年对于本实验的考查方向来看呈现出向新颖化、创新化的方向发展的趋势，题目侧重于对学生实验能力的考查，试题难度适中，主要考查学生对于实验原理的理解，实验方法的灵活迁移及实验数据的处理。从出题形式上主要是以实验题形式为主，如06年全国Ⅱ卷第22题、江苏卷第12题均通过实验题形式进行考查。三、重难点解析：1.实验目的（1）明确光通过玻璃时的入射角、折射角.（2）掌握测定玻璃折射率的方法.2.实验原理如图所示，abcd为两面平行的玻璃砖，已知入射角θ1和折射角θ2，据计算出玻璃的折射率.3.实验器材白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖.4.实验步骤及调整安装（1）把白纸用图钉钉在木板上.（2）如图所示，在白纸上画一条直线aa＇作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并通过O点画出界面aa＇的法线NN＇.（3）把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa＇对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb＇.（4）在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.（5）在玻璃砖的bb＇一侧竖直地插上大头针P3、P4，调整眼睛视线，使P3能同时挡住P1和P2的像，使P4能挡住P3本身和P1、P2的像.（6）记下P3、P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3、P4引直线O＇B与bb＇交于O＇，连接OO＇，OO＇就是玻璃砖内的折射光线的路径，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝。（7）用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的度数.（8）从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里.（9）用上面的方法分别求出入射角为15°、30°、45°、60°和75°时的折射角.查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记在表格里.（10）算出不同入射角时的值.比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中测的的平均值，就是玻璃的折射率.5.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，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一些，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，否则会使测量误差变大，也不宜过大，否则在bb＇一侧看不到P1、P2的像。（5）由于要多次改变入射角重复实验，所以入射线与出射线要一一对应编号以免混乱。（6）玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。问题1、测定玻璃折射率实验原理的理解和应用问题：例1、某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃柱的折射率时，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.在玻璃柱一侧竖直插两枚大头针P1和P2，在另一侧再先后插两个大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P3、P4和P2、P1的像恰在一直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在白纸上得到图示.在下图中画出：（1）沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向.（2）光线在玻璃内的传播方向.（3）在光线的入射点作法线，标出入射角i和折射角r，（4）写出计算玻璃折射率的公式（不必计算）.解析：根据实验过程可知连结P3、P4点画直线，即光线P1P2经圆形玻璃后的传播光线.连结圆心O和入射点作直线即入射点处的法线.根据折射定律可写出答案：（1）（2）（3）见下图（4）变式1、如图所示，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的像挡住，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，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示.（1）在本题的图上画出所需的光路.（2）为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是，在图上标出它们.（3）计算折射率的公式是n＝.答案：（1）如图所示，画出通过P1、P2、P3、P4的光线，包括在棱镜内的那部分路径（2）入射角i和折射角r（如图）（或线段EF、OE、GH、OG）（3）6.数据处理及误差分析此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入中求玻璃的折射率，除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：（1）处理方法（Ⅰ）：在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO＇（或OO＇的延长线）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.如图所示.由于，而CO=DO，所以折射率：重复以上实验，求得各次折射率的计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。（2）处理方式（Ⅱ）：根据折射定律可得因此有注意：在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角时，以值为横坐标、以值为纵坐标，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。求解图线的斜率，设斜率为k，则，故玻璃砖的折射率问题2、实验数据的记录与处理：例2、某同学由于没有量角器，在完成了光路图后，以O点为圆心，10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交OO＇连线延长线于C点，过A点作法线NN＇的垂线AB交NN＇于B点，过C点作法线NN＇的垂线CD交NN＇于D点，如图所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD＝4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n=.解析：由图可知，在直角△AOB中有：代入数据可得：AB=6.00cm根据折射定律，结合图中几何关系有：所以代入数据可得：n=1.5.答案：1.5变式2、在实验中，有两位同学各设计了一个记录表格，而且都已完成了计算，根据他们设计的表格所反映的信息，判断他们论证做得是否正确，甲同学设计的表格是：次数入射角isini折射角rsinrn130°0.50020.9°0.3571.401.40245°0.70730.5°0.5081.39360°0.86638.0°0.6161.41乙同学设计的表格是：次数123角平均值正弦值n入射角i30°45°60°45°0.7071.42折射角r20.9°30.5°38.0°28.8°0.497上述两位同学做得正确的是。（填“甲”或“乙”）答案：甲问题3、实验误差分析：例3、在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：（1）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa＇和bb＇后，不自觉地碰了玻璃砖使它向aa＇方向平移了少许，如图所示，则他测出的折射率值将（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。（2）乙同学在画界面时，不自觉地将两界面aa＇、bb＇间距画得比玻璃砖宽度大些，如图所示，则他测得的折射率值将（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。答案：不变偏小变式3、如图所示，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（）A.用此玻璃砖做实验，画出的折射光线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，画出的折射光线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偏转答案：BC问题4、测折射率方法的创新与迁移问题：例4、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，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：（1）若∠AOF＝30°，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：，题中∠AOF＝30°（2）图P4对应的入射角大于P3所对应的，所以P4对应的折射率大。（3）因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率应为1。答案：（1）1.73（2）P4（3）1例5、某同学根据所学的光学知识，设计了一个测透明液体折射率的仪器，如图所示.在圆盘上作直径BC⊥EF，在半径OA上垂直盘面插上两枚大头针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，使直径BC与液面重合，然后在EC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.该同学在圆周KC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：（1）若∠AOF=∠COP3=30°，则P3处所对应的折射率的值为；（2）若保持∠AOF=30°不变，则用该装置能测量的最大折射率不超过.答案：（1）（2）2小结本节内容。

【模拟试题】（答题时间：30分钟）*1、测定玻璃砖折射率的实验如图所示，把玻璃砖放在白纸上之前应在纸上先画好图上的三条直线，它们分别是、、，最后按正确的要求插上大头针P3、P4，由P3、P4的位置决定了光线的方位，从而确定了折射光线的方向.**2、某同学做测定玻璃的折射率的实验，操作时将玻璃砖的界线aa＇、bb＇画好后误用另一块宽度稍窄的玻璃砖。如图所示.实验中仍用原界线外，其他操作都正确，则测玻璃的折射率将（）.A.偏大 B.偏小 C.不影响结果 D.不能确定***3、用如图所示的装置观察光的反射和折射现象并测得玻璃的折射率，在光具盘的中央固定一块半圆柱形的玻璃砖，使二者的圆心重合，让激光束从玻璃圆柱的圆弧面一侧入射，光线垂直且经过圆柱的轴线，在入射光束不变的情况下，以圆柱的轴线为轴逆时针缓慢转动光具盘，此时发现有两束光同时在光具盘上移动，当光具盘转过θ时，发现其中一束光刚好消失，则玻璃的折射率n=.***4、两位同学各设计一个数据记录表格，而且都已完成了计算，你认为正确的是.甲设计的表格是：次数isinirsinrn130°0.50020.9°0.3571.401.40245°0.70730.5°0.5081.39360°0.86638.0°0.6161.41乙设计的表格是：次数123角平均值正弦值i30°45°60°45°0.7071.40r20.9°30.5°38.0°28.8°0.497***5、某同学做测定玻璃折射率实验时，用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2，作出图像如图所示，下列判断中哪些是正确的？（）.A.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1.5D.玻璃临界角的正弦值为0.67***6、某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，他以O点为圆心，10.00cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交OO＇连线的延长线于C点，过A点作法线NN＇的垂线AB交NN＇于B点，过C点作法线NN＇的垂线CD，交NN＇于D点，如图所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n=.

【试题答案】1.aa＇NN＇AOO＇BOO＇2.B（