高考物理一轮复习实验课课件19测定玻璃的折射率(含解析)

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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。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。 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。
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。
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。
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与P2之间、P3与P4之间、P2与O之间、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5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。
实验原理及操作例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)在下图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3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”)。 
答案 (1)如图所示 (2)1.51(±0.03范围内都正确)　(3)A
例2一块玻璃砖有两个相互平行的表面,其中一个表面是镀银的(光线不能通过该表面)。现要测定此玻璃的折射率。给定的器材还有:白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器。实验时,先将玻璃砖放到白纸上,使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。在纸上画出直线aa'和bb',aa '表示镀银的玻璃表面,bb'表示另一表面,如图所示。然后,在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图)。用P1、P2的连线表示入射光线。
(1)为了测量折射率,应如何正确使用大头针P3、P4?试在图中标出P3、P4的位置。(2)然后,移去玻璃砖与大头针。试在图中通过作图的方法标出光线从空气射到玻璃中的入射角i与折射角r。简要写出作图步骤。(3)写出i、r表示的折射率公式为n=　　　　。 
解析 (1)在bb'一侧观察P1、P2(经bb'折射,aa'反射,再从bb'折射出来)的像,在适当位置插上P3,使得P3与P1、P2的像在一条直线上,即让P3挡住P1、P2的像;再插上P4,让它挡住P1、P2的像和P3,P3、P4的位置如图所示。 (2)①过P1、P2作直线与bb'交于O;②过P3、P4作直线与bb'交于O';③利用带有刻度的直角三角板找到OO'的中点M;④过O点作bb'的垂线CD,过M点作bb'的垂线,与aa'交于N,连接ON;⑤∠P1OD=i, ∠CON=r。(3)玻璃砖的折射率 。答案 见解析
数据处理及误差分析例3在利用插针法测定玻璃折射率的实验中:(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa'和bb'后,不小心碰了玻璃砖使它向aa'方向平移了少许,如图甲所示。则他测出的折射率将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (2)乙同学在画界面时,不小心将两界面aa'、bb'间距画得比玻璃砖宽度大些,如图乙所示,则他测得的折射率　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
解析 (1)如图所示,甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角、折射角没有受到影响,因此测得的折射率将不变。 (2)如图所示,乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏大,因此测得的折射率偏小。
答案 (1)不变　(2)偏小
实验探究拓展——液体折射率的探究教材中是利用插针法测定固体(玻璃)的折射率,利用插针法同样可以测定液体(水)的折射率。例4(2018·山东潍坊抽检)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浸入液体中,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P2、P1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　　　处所对应的折射率大。 (3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率值应为　　　。