高考物理大一轮复习 第十三章 第4讲 实验十四 测定玻璃的折射率课件.ppt

实验目的 1 测定玻璃的折射率 2 学会用插针法确定光路 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o b 从而确定折射光线oo 和折射角 2 再根据n 或n 算出玻璃的折射率 实验器材 玻璃砖 白纸 木板 大头针 四枚 图钉 四枚 量角器 或圆规 三角板 或直尺 铅笔 实验步骤 1 首先把白纸铺在木板上并用图钉将白纸固定 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 把长方体玻璃砖放在白纸上 并使其长边与aa 重合 再用直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 6 移去玻璃砖 在拔掉p1 p2 p3 p4四枚大头针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 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 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 算出不同入射角时的 并取平均值 2 作sin 1 sin 2图象改变不同的入射角 1 测出不同的折射角 2 作sin 1 sin 2图象 由n 可知图象应为直线 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ao于p点 交折射光线oo 于q点 过p作cd的垂线pn 过q作cd的垂线qn 如图所示 sin 1 sin 2 又op oq r 则n 只要用刻度尺测出pn qn 的长度就可以求出n 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边界线 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5cm以上 若宽度太小 则测量误差较大 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 误差分析 2 入射角和折射角的测量造成误差 故入射角应适当大些 以减小测量的误差 1 多选 测玻璃砖折射率的实验中测出了多组入射角 1与折射角 2 并作出了sin 1 sin 2图象如图所示 则下列说法正确的是 a 实验时 光线是由空气射入玻璃b 玻璃的折射率为0 67 c 玻璃的折射率为1 5d 玻璃临界角的正弦值约为0 67 答案cd由图可看出入射角 1小于折射角 2 因此 光线应该是由玻璃射入空气 则玻璃折射率n 1 5 故sinc 0 67 c d正确 2 在用插针法测定玻璃的折射率的实验中 某同学操作步骤如下 用图钉将记录光路的白纸固定在平木板上 手拿玻璃砖的毛面或棱 将其轻放在白纸上 用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa 和bb 在aa 上选择一点o 作为不同入射角的入射光线的共同入射点 画出入射角i分别为0 30 45 的入射光线 用 插针法 分别得到各条入射光线的折射光线 观察时着重看大头针的针帽是否在一条直线上 取下玻璃砖 大头针 连线 得到折射光线 量出各个折射角r 按公式分别计算 取三个值的算术平均值 1 以上步骤中有错误或不妥之处的是 2 应改正为 答案 1 2 在 中应先画出一条直线 把玻璃砖的一边与其重合 再使直尺与玻璃砖的另一界面对齐 移动玻璃砖后再画另一边界线 在 中入射角要取0 以外的三组数据 在 中大头针要竖直插牢 观察时看针脚是否在同一条直线上解析在本题中步骤 操作不当 不应该用玻璃砖代替直尺画两界面aa bb 这样很容易破坏玻璃砖的光学面 步骤 中入射角不应该取0 这样无法确定折射角 步骤 中 观察时应着重看大头针的针脚部分不应看 针帽部分是否在同一直线上 3 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 此玻璃的折射率计算式为n 用图中的 1 2表示 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 答案 大解析 根据折射率定义可知n 玻璃砖宽度大些 光线穿过时的侧移量就会大些 测量时误差会小 4 在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中 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 则 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 答案 1 偏小 2 不变 3 可能偏大 可能偏小 可能不变解析 1 用图 测定折射率时 会导致玻璃中折射光线偏折小了 所以折射角增大 折射率减小 2 用图 测折射率时 只要操作正确 与玻璃砖形状无关 3 用图 测折射率时 因为界面bb 部分在玻璃砖外侧 部分在内侧 故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 一 实验原理与操作 典例1用三棱镜做测定玻璃折射率的实验 先在白纸上放好三棱镜 在棱镜的一侧插上两枚大头针p1和p2 然后在棱镜的另一侧观察 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 p4 使p3挡住p1 p2的像 p4挡住p3本身和p1 p2的像 在纸上标出大头针位置和三棱镜位置如图所示 1 在图上作出所需的光路 2 为了测出棱镜玻璃的折射率 需要测量的是 在图上标出它们 3 计算折射率的公式是n 2 需要测量的物理量有 入射角 1 折射角 2 见图 3 n 用量角器量出 1 2 查出sin 1 sin 2的值代入可求出n 解析 1 如图所示 答案见解析 二 数据处理与误差分析 典例2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n 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