2019届新课标高考物理一轮复习实验15测定玻璃的折射率讲义

实验15测定玻璃的折射率-2-一、实验目的1.测定玻璃的折射率。2.学会用插针法确定光路。二、实验原理实验原理如图所示,当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B,从而找出折射光线O1O2和折射角θ2,再根据

,求出玻璃的折射率。-3-三、实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、刻度尺、铅笔。四、实验步骤1.如图所示,把白纸铺在木板上。-4-2.在白纸上画一直线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。3.把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa'重合,再用刻度尺画出玻璃砖的另一边bb'。4.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。5.从玻璃砖bb'一侧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的像挡住。再在bb'一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P3本身及P1、P2的像。6.移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线O'B交bb'于O'。连接O、O',OO'就是玻璃砖内折射光线的方向。∠AON为入射角,∠O'ON'为折射角。7.改变入射角,重复实验。-5-五、数据处理1.计算法用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角时的

,并取平均值。2.作sinθ1-sinθ2图象改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2图象,由n=可知图象应为直线,如图所示,其斜率为折射率。-6-3.辅助线段法利用刻度尺作辅助线,测出辅助线的长度大小,求玻璃的折射率。-7-4.单位圆法

-8-六、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。入射角应适当大些,可以减小测量的相对误差。-9-七、注意事项1.实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O'之间距离要稍大一些。2.入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。当θ1太大时,反射光较强,出射光较弱;当θ1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。3.操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。4.实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。5.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。-10-考点一考点二实验原理与操作例1在测定玻璃的折射率的实验中,在白纸上放好玻璃砖,aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“×”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4。在插P3和P4时,应使

(选填选项前的字母)。

A.P3只挡住P1的像B.P4只挡住P2的像C.P3同时挡住P1、P2的像解析关闭答案解析解析关闭实验中,在插P3时,应同时挡住P1、P2的像;在插P4时,应同时挡住P3和P1、P2的像。选项C正确。答案解析关闭C-11-考点一考点二例2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。-12-考点一考点二(1)在图丙中画出完整的光路图。(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=

(保留三位有效数字)。

(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,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是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和

(选填“A”或“B”)。

-13-考点一考点二解析：(1)如图a所示。

-14-考点一考点二(3)光路图如图b所示,光线经两边沿相互平行的玻璃砖,出射光线平行于入射光线,即MN∥P4B。P1P2光线从棱镜右边侧面射出向底边偏折,如图b中P3A,所以填A。答案：

(1)见解析图a

(2)1.53(1.50~1.56均正确)

(3)A-15-考点一考点二数据处理与误差分析例3某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行。正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示。(1)此玻璃的折射率计算式为n=

(用图中的θ1、θ2表示)。

(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度

(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。

答案解析解析关闭答案解析关闭-16-考点一考点二例4在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa'、bb'为界面画光路图。(1)甲同学测得的折射率与真实值相比

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

(2)乙同学测得的折射率与真实值相比

(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

(3)丙同学测得的折射率与真实值相比

。

答案解析解析关闭(1)用图①测定折射率时,玻璃中折射光线偏折大了,所以折射角增大,折射率变小;(2)用图②测定折射率时,只要操作正确,与玻璃砖形状无关;(3)用图③测定折射率时,无法确定折射光线偏折的大小,所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变。答案解析关闭(1)偏小

(2)不变

(3)可能偏大、可能偏小、可能不变-17-某校开展研究性学习,某研究小组根据光学知识,设计了一个测液体折射率的仪器。如图所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条相互垂直的直径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,在圆周EC部分插入P3,使P3挡住P1、P2的像。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,就可以直接读出液体折射率的值。(1)