高三物理一轮复习 第10章 第6讲 实验十二：测定玻璃的折射率课件（选修34）.ppt

浙江专用物理 第6讲实验十二 测定玻璃的折射率 实验目的用插针法测定玻璃的折射率 实验原理 用插针法确定光路 找出跟入射光线相对应的折射光线 用量角器量出入射角和折射角 根据折射定律计算出玻璃的折射率n 实验器材两面平行的玻璃砖 白纸 木板 大头针 量角器 刻度尺 铅笔 实验步骤1 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 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 用量角器量出入射角和折射角的度数 查出它们的正弦值 并把这些数据填入记录表格里 8 用上述方法分别测出入射角是15 30 45 60 和75 时的折射角 查出入射角和折射角的正弦值 记录在表格里 9 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 求出几次实验测得的的平均值 就是这块玻璃砖的折射率 注意事项1 轻拿轻放玻璃砖 手只能接触玻璃砖的毛面或棱 不能触摸光洁的光学面 严禁把玻璃砖当直尺用 2 实验过程中 玻璃砖在纸上的位置不可移动 3 大头针应竖直地插在白纸上 且p1与p2间 p3与p4间距离应大一点 以减小确定光路方向时造成的误差 4 实验时入射角不能太小 接近零度 否则会使测量误差加大 也不能太 大 接近90 否则会不易观察到p1 p2的像 5 由于要多次改变入射角重复实验 所以入射光线与出射光线要一一编号 以免混乱 6 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 7 本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖 如采用三棱镜 半圆形玻璃砖等 只是出射光和入射光不平行 但一样能测出其折射率 实验误差分析1 插针时p3 p4位置不准确 造成光路确定不准确 2 在确定bb 时 玻璃砖发生移动 3 测入射角 折射角时读数存在误差 插针法测定玻璃折射率的处理方法1 计算法 计算每次折射率n 求出平均值 2 图像法 作sin 1 sin 2图像 由n 可知图像应为直线 其斜率为折射率 3 单位圆法 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 sini sinr oe oe r 则n 只要用刻度尺测出eh e h 的长度就可以求出n 1 如图 用插针法测定玻璃折射率的实验中 以下说法正确的是 1 p1 p2及p3 p4之间的距离适当大些 可以提高准确度 2 p1 p2及p3 p4之间的距离取得小些 可以提高准确度 3 入射角 1适当大些 可以提高准确度 4 入射角太大 折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射 使实验无法进行 5 p1 p2的间距 入射角的大小均与实验的准确度无关 a 1 3 b 2 4 c 3 5 d 1 4 1 答案ap1 p2及p3 p4之间的距离太小 容易出现偏差 1 正确 2 错误 入射角适当大些 相应的折射角也较大 容易测量 3 正确 5 错误 由于光通过玻璃砖时 各相关角度相互制约着 其出射角 出射光线与法线的夹角 恒等于入射角 而对于入射的界面 光线是从光疏介质射入光密介质 折射角必小于入射角 当入射角趋于最大值90 时 折射角趋于最大值 2max 而对于出射的界面 在玻璃砖内的折射光线的入射角最大值也只能趋于 2max 根据光路可逆原理 出射角最大值也趋于90 即始终能通过玻璃砖看到入射光线 4 错误 故a正确 2 某同学做测定玻璃折射率实验时 用他测得的多组入射角 1与折射角 2作出sin 1 sin 2图像如图所示 则下列判断中正确的是 a 他做实验时 研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象b 玻璃的折射率为0 67c 玻璃的折射率为1 5 d 玻璃临界角的正弦值为0 67 2 答案acd由sin 1 sin 2图像可知 1 5 1 而介质的折射率都比真空 或空气 的n0 1大 故光是从空气射入玻璃的 入射角为 1 a项正确 由折射率定义知n 1 5 c正确 b错误 由临界角定义知临界角的正弦值sinc 0 67 d正确 3 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 3 答案 1 l1 l3l1 l3 2 偏大解析 1 如题图所示 sin 1 sin 2 玻璃的折射率n 因此只需测量l1和l3即可 2 当玻璃砖顺时针转过一个小角度时 op3也会顺时针偏转一些 因此计算出的折射率偏大 4 用 插针法 测定透明半圆柱玻璃砖的折射率 o为玻璃砖截面的圆心 使入射光线跟玻璃砖的平面垂直 如图所示的四个图中p1 p2 p3和p4是四个学生实验插针的结果 1 在这四个图中肯定把针插错了的是 2 在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是 4 答案 1 a 2 d解析 1 入射光线跟玻璃砖的平面垂直 则光线进入玻璃砖不发生偏折 延长p1p2与玻璃砖圆面相交 连接p3与p4并延长与玻璃砖圆面相交 可知a错 2 测量较准确的是图d 因图b的入射光线经过圆心 出射光线没有发生折射 图c的入射光线离圆心太近 射到圆界面上时 入射角太小不易测量 会产生较大的误差 典例1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 将记录光路的白纸铺放在平木板上 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帽是否在一条直线上 取下玻璃砖 大头针 连接各针孔 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 写出以上步骤中的错误或不妥之处并改正 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 这样光不发生偏折 步骤 中 观察时应着重看大头针的针脚部分是否在同一直线上 不应看针帽部分是否在同一直线上 答案见解析 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 典例2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