2019版高考物理一轮复习第十五章光电磁波与相对论第.doc

第3讲实验：测定玻璃的折射率微知识1 实验目的1测定玻璃的折射率。2学会用插针法确定光路。微知识2 实验原理如图所示，当光线AO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AO对应的出射光线OB，从而求出折射光线OO的折射角2，再根据n或n算出玻璃的折射率。微知识3 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。微知识4 实验步骤1把白纸用图钉钉在木板上。2在白纸上画出一条直线aa作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa的法线NN(如图所示)。3把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一条边跟aa对齐，并画出玻璃砖的另一界面bb。4在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2。5在玻璃砖的bb一侧竖直地插上大头针P3，用眼睛观察并调整视线，使P3能同时挡住P1和P2的像。6同样的，在玻璃砖的bb一侧再竖直地插上大头针P4，使P4能挡住P3本身和P1、P2的像。7记下P3、P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3、P4引直线OB与bb交于O点，连接OO，OO就是玻璃砖内的折射光线的方向，入射角1AON，折射角2OON。8用量角器量出入射角1和折射角2的度数。9从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里。10用上面的方法分别作出入射角是30、45、60时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记在表格里。11算出不同入射角时的值，比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中所测的平均值，这就是玻璃的折射率。微知识5 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，折射光较弱；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。一、思维辨析(判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1测定玻璃的折射率的实验中只能用两面平行的玻璃砖，用棱镜不能测定玻璃的折射率。()2两面平行的玻璃砖厚度适当大些，测量的误差较小。()二、对点微练1.(实验原理和操作)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)光线由空气射入玻璃的入射角i901，折射角r902，由折射率的定义可得n，根据平行玻璃砖对光线的影响可知，玻璃砖宽度越大，侧移量越大，折射角的测量误差越小。答案(1)(或)(2)大2(数据处理和误差分析)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和所示，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_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。(2)乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。(3)丙同学测得的折射率与真实值相比_。解析(1)用图测定折射率时，玻璃中折射光线偏折大了，所以折射角增大，折射率变小；(2)用图测定折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；(3)用图测定折射率时，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(1)偏小(2)不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变见学生用书P221微考点实验操作和数据处理核|心|微|讲求折射率的三种方法1计算法用量角器测量入射角1和折射角2，算出不同入射角时的，并取平均值。2图象法改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin1sin2图象，由n可知图象应为直线，如图所示，其斜率就是玻璃的折射率。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。典|例|微|探【例】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为分界面，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个小角度，由此测得玻璃砖的折射率将_(填“偏大”“偏小”或“不变”)。【解题导思】当玻璃砖顺时针转过一个小角度后，折射光线与作出的原法线间的夹角增大还是减小？答：减小。 解析本题考查插针法测玻璃折射率的实验原理、方法迁移及误差分析。(1)如题图所示，sin1，sin2，因此玻璃的折射率n，因此只需测量l1和l3即可。(2)计算的1和2比真实值减小相同的角度，因为12，所以sin2减小更明显，n计算值偏大。答案(1)l1、l3n(2)偏大题|组|微|练1.如图所示是用某种透光物质制成的直角三棱镜ABC；在垂直AC面的直线MN上插两枚大头针P1，P2，在AB面的左侧透过棱镜观察大头针P1，P2的像，调整视线方向，直到P1的像_，再在观察的这一侧先后插入两枚大头针P3，P4，使P3_，P4_，记下P3，P4的位置，移去大头针和三棱镜，过P3，P4作直线与AB面相交于D，量出该直线与AB面的夹角为45，则该透光物质的折射率n_，并在图中正确地画出完整的光路图。解析折射率的测定原理是依据折射定律n，利用插针法将光在介质中的传播路线确定，从而测出相应的入射角1和折射角2，求解出n值。而插针便是利用它挡住物体(大头针)的像，用P3挡住P1，P2的像是为了确定入射光线，用P4挡住P3和P1，P2的像是为了确定出射光线。由题给条件可画出如图所示的完整光路图，且145，230所以n。答案被P2的像挡住挡住P1，P2的像挡住P3和P1，P2的像光路图见解析图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(光线不能通过此表面)。现要测定此玻璃砖的折射率，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，先将玻璃砖放在白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。在纸面上画出直线aa和bb，aa表示镀银的玻璃砖表面，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。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进入玻璃时的入射角1与折射角2。写出用1、2表示的折射率公式：n_。解析(1)在bb一侧观察P1、P2(经bb折射、aa反射，再经bb折射)的像，在适当的位置插上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P3本身和P1、P2的像，P3、P4的位置如图所示。(2)过P1、P2作直线与bb交于O点；过P3、P4作直线与bb交于O点；利用刻度尺找到OO的中点M；过O点作bb的垂线CD，过M点作bb的垂线与aa相交于N，如图所示，连接O、N；则P1OD1，CON2。由折射率的定义可得n。答案见解析见学生用书P2211“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_。(填选项字母)AP3只挡住P1的像BP4只挡住P2的像CP3同时挡住P1、P2的像解析使P3同时挡住P1、P2的像，即P3、P1、P2在同一光线上，C项正确。答案C2某同学做“测定玻璃折射率”实验时，完成光路图后，由于没有量角器，借助圆规以O为圆心画圆，分别交入射光线于A点，交OO连线延长线于C点。分别过A点、C点作法线NN的垂线AB、CD交NN于B点、D点，用刻度尺量得AB10 cm，CD6 cm。(1)求玻璃的折射率n。(2)光从这种玻璃进入空气时的临界角是多大？解析(1)设AONi，CON，由折射定律可得n，因为AOCO，所以n。(2)由sinC可得，光从这种玻璃进入空气时的临界角C37。答案(1)(2)373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，就可以直接读出液体折射率的值。(1)若AOF30，OP3与OC之间的夹角为45，则在P3处刻的刻度值为_。(2)若在同一液体中沿AO方