2021高考物理（选择性考试）人教版一轮学案：第十四章实验14　测定玻璃的折射率

实验14　测定玻璃的折射率

测定玻璃的折射率.

如图所示，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n＝求出玻璃的折射率.

木板、白纸、玻璃砖、大头针、图针、量角器、刻度尺、铅笔.

（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′，并画出一条线段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.

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sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的，并取平均值.

2.作sin θ1-sin θ2图象

改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1sin θ2图象，由n＝可知图象应为直线，如图所示，其斜率为玻璃的折射率.

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.

如图所示，作辅助线AB，且垂直于OB，量出AB、OA，作辅助线CD，且垂直于OD，量出CD、OC，则sin θ1＝，sin θ2＝，即可求出n＝＝.

4.单位圆法

以入射点O为圆心，以适当长度为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′，则n＝＝.只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n.

（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.入射角应适当大一些，可以减小测量的相对误差.

（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.

考点一  教材原型实验

　如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率.在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点.

（1）设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量　　　　，则玻璃砖的折射率可表示为　　　　.

（2）该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将　　　　（选填“偏大”“偏小”或“不变”）.

解析：（1）sin θ1＝，sin θ2＝，因此玻璃砖的折射率n＝＝＝，因此只需测量l1和l3即可.

（2）玻璃砖顺时针转过一个小角度，在处理数据时，认为l1是不变的，即入射角不变，而l3减小，所以测量值n＝将偏大.

答案：（1）l1和l3　　（2）偏大

考点二  实验拓展创新

　某同学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20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm.玻璃的折射率n＝　　　　，光在玻璃中传播速度v＝　　　　m/s（光在真空中传播速度c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字）.

解析：作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i＝45°，设折射角为r，则tan r＝，故折射率n＝≈1.2，故v＝＝2.5×108 m/s.

答案：1.2　2.5×108