2025届高三一轮复习物理课件（人教版新高考新教材）实验15　测量玻璃的折射率

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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、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。
七、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。
【例1】 在测量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)。 
1.51(±0.03范围内都正确)
(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”)。
【例2】在测量玻璃的折射率实验中:(1)为了取得较好的实验效果,下列操作不正确的是　　　　。 A.必须选用上下表面平行的玻璃砖B.大头针应垂直地插在纸面上C.选择的入射角应尽量小些D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些(2)从P3和P4一侧观察时,P1、P2、P3、P4应满足的关系为　　　　。 
P2挡住P1,P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像
(3)小明同学在量入射角和折射角时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,以O点为圆心,OA为半径画圆,交OO'延长线于C点,过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点,如图甲所示,若他测得lAB=8 cm,lCD=5 cm,则可求出玻璃的折射率n=　　　　。 
(4)在用插针法测量玻璃砖折射率的实验中,小明、小江两位同学在纸上画出的界面ab、cd与玻璃砖位置的关系分别如图乙、丙所示,其中小明同学用的是矩形玻璃砖,小江同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以ab、cd为界面画光路图。则小明同学测得的折射率与真实值相比　　　　;小江同学测得的折射率与真实值相比　　　　。(均选填“偏大”“偏小”或“不变”) 
解析:(1)玻璃上下表面不平行也能测出玻璃的折射率,故A错误。大头针应垂直地插在纸面上,故B正确。选择的入射角应尽量大一些,以减小测量误差,故C错误。大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些,可减小确定光线时产生的误差,故D正确。(2)从P3和P4一侧观察时,P1和P2及P3和P4应满足的关系是P2挡住P1,P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像。
(4)下图为在题图乙中分别作出的实际光路图(图中实线);以ab、cd为界面,以大头针留的痕迹作为出射光线画的实验光路图(图中虚线)。
比较实际光路图的折射角与实验光路图的折射角关系可知,折射角测量值大,则折射率偏小;题图丙中对折射率的测量无影响,即小江同学测得的折射率与真实值相比不变。
教材中是利用插针法测定固体(玻璃)的折射率的,利用插针法同样可以测定液体(水)的折射率。
【例3】 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,垂直盘面在P1、P2处插下两枚大头针,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P3处插上大头针,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。
(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、P4两位置中__________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____________。
1.某同学利用插针法测量玻璃的折射率,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。 
(3)若同学选用如图所示的玻璃砖,AA'、BB'为画出的边界,则测得的折射率将____________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
2.现要估测一矩形玻璃砖的折射率n,给定的器材有待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、刻度尺、直角三角板。实验时,先将刻度尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记,再将玻璃砖平放在白纸上,沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD,再将刻度尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置,使O点与直线CD相交,并在白纸上记下点O、M的位置,如图所示,然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察,调整视线方向,直到O点的像与M点的像重合,再在AB直线上插上大头针,使大头针挡住M、O的像,记下大头针P的位置。
(1)请在原图上作出光路图。(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为n=__________ (用字母P和图中已知线段字母表示)。  
解析:(1)调整视线方向,当O点的像和M点的像重合时,从O点发出的光线经玻璃砖折射后与从M点发出的光线经AB面反射后重合。在观察的一侧插上大头针,使大头针挡住M、O的像,则大头针的位置为折射光线射出玻璃砖的出射点和从M点发出的光线在AB面上的反射点,如图所示。
(2)由折射定律知,玻璃砖的折射率
3.做测定玻璃折射率实验时,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)(多选)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sin i-sin r图像如图所示,则下列判定正确的是____________。 A.光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约为45°
(2)乙组同学先画出如图所示的坐标系,再在y