2020版高考物理第十四章第84课时测定玻璃的折射率（实验增分课）讲义.docx

第84课时测定玻璃的折射率(实验增分课)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、实验原理如图所示，当光线AO1以一定的入射角1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，从而求出折射光线O1O2和折射角2，再根据n算出玻璃的折射率。三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。谨记部分器材用途玻璃砖被测物体大头针、三角板、铅笔确定光线通过玻璃砖的光路图量角器测定入射角和折射角四、实验步骤1把白纸铺在木板上并用图钉固定。2如图所示，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，再用三角板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OB交bb于O。连接O、O， OO就是玻璃砖内的折射光线。AON为入射角，OON 为折射角。7改变入射角，重复实验。五、数据处理1计算法用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2。算出入射角不同时的，并取平均值。2sin 1 sin 2图像法改变入射角1，测出对应的折射角2，作sin 1­sin 2 图像，由n可知图像应为过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。3“单位圆法”确定sin 1、sin 2，计算折射率n以入射点O为圆心，以一定长度R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EH。如图所示，sin 1，sin 2，OEOER，则 n，只要测出EH、EH的长度就可以求出n。六、误差分析1入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。2入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，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1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0)。太大：反射光较强，出射光较弱；太小：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。1.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1、2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_(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。解析：(1)据题图可知入射角为(90°1)，折射角为(90°2)，则玻璃的折射率为n。(2)玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确。故应选用宽度大的玻璃砖来测量。答案：(1)(2)大2.“测定玻璃的折射率”实验中，如图是在纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边。(1)在玻璃砖的一侧竖直插两枚大头针A、B，在另一侧再竖直插两枚大头针C、D。在插入第四枚大头针D时，要使它挡住_。(2)某同学根据n计算玻璃的折射率，请在图中括号里标出要用的物理量及L1、L2。解析： (1)在插入第四枚大头针D时必须挡住C本身及A、B的像，这样才能保证沿A、B的光线经过C、D。(2)作出光路图，以入射点O为圆心作半径为r的圆，可得n，如图所示。答案：(1)C本身及A、B的像(2)见解析图3用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，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和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3本身及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。(1)在图甲上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角i和折射角r，请在图甲中的AB分界面上画出这两个角。(3)用所测物理量计算折射率的公式为n_。(4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当_(填“小一些”或“大一些”)。(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n_。解析：(1)连接P3、P4并使其连线与CD交于一点，此交点即光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与AB的交点即光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示。(2)连接O点与光线在AB上的入射点即法线，作出入射角i和折射角r如图所示。(3)由折射定律可得n。(4)为了保证能在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当小一些，才不会使光线在弧面CD上发生全反射。(5)图像的斜率kn，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。答案：(1)见解析图(2)见解析图(3)(4)小一些(5)1.5(1)无论什么形状的玻璃砖，只要确定了光线从玻璃砖上的入射点和出射点，就能确定折射光线。(2)利用图像法求解折射率可以减小实验误差。