福建省长泰一中高三物理 第十二章 实验十三 测定玻璃的折射率复习课件 新人教版选修34.ppt

实验十三测定玻璃的折射率 1 掌握光发生折射时入射角和折射角的确定方法 2 测定玻璃的折射率的原理与方法 本实验是利用 插针法 确定光路 找出在介质中折射光线和折射角 再根据n 算出玻璃的折射率 此法也适用于其他形状的介质的折射率的测定 一块两面平行的玻璃砖 白纸 木板 图钉 大头针 量角器 或圆规 三角板 刻度尺 一 实验步骤1 固定白纸 用图钉将白纸平整地固定在方木板上 2 画界面 作法线 1 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 如图所示 2 把长方形玻璃砖放在白纸上 并使其长边与aa 重合 找出与bb 重合的两点 先拿掉玻璃砖 再用刻度尺画出玻璃砖的另一边bb 再放上玻璃砖 使其两边分别与aa 和bb 重合 3 用插针法确定折射光 1 在线段ao上竖直地插上两枚大头针p1 p2 2 从玻璃砖bb 一侧透过玻璃砖观察大头针p1 p2的像 调整视线方向直到p1的像被p2的像挡住 再在bb 一侧插上大头针p3 p4 使p3能挡住p1 p2的像 p4能挡住p1 p2的像及p3本身 3 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 4 用上述方法分别作出入射角是30 45 60 时对应的折射角 二 实验数据记录与处理1 公式法 通过测量入射角和折射角 查数学用表 代入n 中求玻璃的折射率 1 设计数据记录表格如下 2 用量角器量出入射角和折射角的度数 查出它们的正弦值 并把这些数据填入表格里 3 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 这就是这块玻璃的折射率 2 图象法根据n 有 sinr 在多次改变入射角 测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上 以sini值为横坐标 以sinr值为纵坐标 建立直角坐标系 如图所示 描数据点 过数据点连线得一条过原点的直线 求解图线斜率 设斜率为k 则k 故玻璃折射率n 3 尺规法 利用圆规 刻度尺作辅助线的方法 通过测出辅助线的长度大小 来测定玻璃的折射率 1 在找到入射光线和折射光线以后 以入射点o为圆心 以任意长为半径画圆 分别与ao交于c点 与oo 或oo 的延长线 交于d点 过c d两点分别向nn 作垂线 交nn 于c d 用刻度尺量出cc 和dd 的长 如图所示 由于sini sinr 而co do 所以折射率n 重复以上实验 求得多次折射率计算值 然后求其平均值即为玻璃折射率的测量值 2 可以借助刻度尺来完成 如图所示 过b点作上表面的垂线 交上表面于m 延长ao与bm交于n 则折射率为n 所以只要用刻度尺量出ob on的长度 就可以算出折射率了 实验对测量结果影响最大的是测量光在玻璃中折射角r的误差 其误差主要来源是 1 玻璃砖的宽度太窄 2 入射角i过大或入射角i过小 3 玻璃砖的两个平行的折射面未与两条平行轮廓线完全重合 玻璃砖移动 画线太粗等 4 大头针离玻璃砖偏远 大头针之间间距偏小等 1 手拿 放玻璃砖只能接触毛面或棱 不能触摸光学面 画界面aa 时应先画直线再放上玻璃砖 画界面bb 时严禁把玻璃砖当刻度尺用 2 实验过程中 玻璃砖在纸面上的位置不可移动 3 插针p1与p2 p3与p4的间距要适当大些 以减小确定光路方向时出现的误差 4 实验时若入射角太小 则与入射角对应的折射角测量的相对误差增大 入射角也不能太大 过大则反射光较强 出射光较弱 不易观察到p1 p2的像 5 大头针应竖直插入 且玻璃砖应选用宽度在5cm以上的 利用细激光束射入半圆形玻璃砖 测出全反射的临界角来测定玻璃的折射率 此法操作简单快捷 热点一实验原理与方法的考查 例证1 2012 重庆高考 如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖 它的 面不能用手直接接触 在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中 两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a b c的位置相同 且插在c位置的针正好挡住插在a b位置的针的像 但最后一个针孔的位置不同 分别为d e两点 如图乙所示 计算折射率时 用 选填 d 或 e 点得到的值较小 用 选填 d 或 e 点得到的值误差较小 规范解答 从题图中看出 直线ce近似与直线ab平行 因此 使用ce两点作图 测量出的数值更接近于折射率真实值 误差较小 若使用cd两点作图 折射角较大 计算出的折射率偏小 答案 光学de 热点二实验数据处理方法的考查 例证2 2012 江苏高考 测定玻璃的折射率 实验中 在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针a b 在另一侧再竖直插两个大头针c d 在插入第四个大头针d时 要使它 如图是在白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 根据该图可算得玻璃的折射率n 计算结果保留两位有效数字 规范解答 插第四个大头针d时 应使它挡住c及a b的像 连接a b并延长交直线a于一点o 连接c d并延长交直线a 于一点o 连接o o 以o为圆心 作辅助圆交ab于e 交oo 于g 分别过e g作法线的垂线 垂足为f h 用刻度尺量出ef gh的长度 则折射率n 1 8 答案 挡住c及a b的像1 8 1 6 1 9都算对 1 如图所示 一半圆形玻璃砖外面插上p1 p2 p3 p4四枚大头针时 p3 p4恰可挡住p1 p2所成的像 则该玻璃砖的折射率n 有一位同学把大头针插在p1 p2 位置时 沿着p4 p3的方向看不到大头针的像 其原因是 解析 由题图知过p1 p2的光线在玻璃砖内的入射角为30 在空气中折射角为60 由折射定律n 可得n 1 73 经过p1 p2 的光线在界面mn处的入射角是60 大于临界角 发生了全反射 因此沿着p4 p3的方向看不到大头针的像 答案 1 73经过p1 p2 的光线在界面mn处发生了全反射 2 如图所示 利用某种折射率较大的透光物质制成直角三棱镜abc 在垂直于ac面的直线mn上插两枚大头针p1 p2 在ab面的左侧通过棱镜观察大头针p1 p2的像 调整视线方向 直到p1的像被p2的像挡住 再在观察的这一侧先后插上两枚大头针p3 p4 使p3挡住p1 p2的像 p4挡住p3和p1 p2的像 记下p3 p4和三棱镜的位置 移去大头针和三棱镜 过p3 p4作直线与ab面交于d 量出该直线与ab面的夹角为45 则透光物质的折射率n 解析 由于光在界面bc处发生反射 依题意作光路图如图所示 由几何关系可知光在d处射出时 入射角是30 折射角是45 据折射定律得n 答案 3 学校开展研究性学习 某研究小组的同学根据所学的光学知识 设计了一个测量液体折射率的仪器 如图所示 在一圆盘上 过其圆心o作两条互相垂直的直径bc ef 在半径oa上垂直盘面插下两枚大头针p1 p2并保持p1 p2位置不变 每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中 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的像 并在圆周上插上大头针p3 使p3正好挡住p1 p2的像 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 就可直接读出液体折射率的值 则 1 若 aof 30 op3与oc的夹角为30 则p3处所对应的折射率的值为 2 作ao的延长线交圆周于k k处所对应的折射率值应为 3 图中p3 p4两位置哪一处所对应的折射率值大 答 解析 本题考查利用插针法测定液体的折射率和对折射率的理解 1 根据折射定律n 题中i 60 r aof 30 所以n 1 73 2 因a o k在一条直线上 入射角等于折射角 所以k处对应的折射率应为1 3 图中p4对应的出射角大于p3所对应的出射角 所以p4位置处对应的折射率大 答案 1 1 73 2 1 3 p4处对应的折射率大 4 某同学在测一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时 先在白纸上画一与圆形玻璃同半径的圆 圆心为o 将圆形玻璃平放在白纸上 使其边界与所画的圆重合 在玻璃一侧竖直插两枚大头针p1和p2 在另一侧按正确方法再插两枚大头针p3和p4 移去大头针和圆形玻璃后 得到图形如图所示 1 从p3和p4一侧观察时 p1 p2 p3 p4应满足的关系为 2 完成光路图 并标明入射光线 玻璃内传播的光线 出射光线 3 用 和 表示出光线从玻璃射入空气时的入射角和折射角 并用它们表示出玻璃的折射率为 解析 1 从p3和p4一侧观察 p3 p4和p1 p2的像应在一条直线上 2 连接p1 p2作为入射光线 延长至玻璃界面交点为入射点m 连接p3 p4作为出射光线 反向延长至玻璃界面交点为出射点n 连接m n即为玻璃内传播的光线如图所示 3 连接o n 所作的直线是过出射点n点的界面法线 则入射角 和折射角 如图所示 由折射定律得 n 答案 1 p3 p4和p1 p2的像应在一条直线上 2 见解析图 3 5 2010 福建高考 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 选填 大 或 小 的玻璃砖来测量 解析 由题图知 入射角i 90 1 折射角r 90 2 因此折射率n 在实验中选用宽度大的玻璃砖来测量 可减小实验误差 因此宽度选用 大 的 答案 1 2 大 6 2013 德州模拟 某同学用刻度尺测定如图所示的容器内某种液体的折射率 实验步骤如下 a 用刻度尺测出容器瓶口内径为12cm b 在瓶内装满液体 c 将刻度尺沿容器边缘竖直插入液体中 d 沿容器内侧边缘d点向液体中刻度尺正面看去 恰能看到刻度尺的0刻度 即图中a点 的像与b点刻度的像b 重合 e 液面恰与刻度尺的c点相平 读出c点的刻度为16cm b点的刻度为25cm 1 试利用以上数据求出该液体的折射率 2 若仍在容器边缘d点观察刻度尺 通过计算判断能否看到刻度尺的7cm刻度线的像 解析 1 设折射角为 1 入射角为 2 则有sin 1 0 8 sin 2 0 6 由折射定律可得该液体的折射率n 2 如图所示 设光线的入射角为 3 则有sin 3 0 8 该液体临界角sinc 由sin 3 sinc 即 3 c 可知无法从原来方向看到刻度尺的7cm刻度线的像 答案 1 2 见解析 7 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率 他的操作步骤如下 a 用刻度尺量出半圆形玻璃砖的直径d 算出半径r d 2 然后确定圆心的位置 记在玻璃砖上 b 在白纸上画一条直线作为入射光线 并在入射光线上插两枚大头针p1和p2 c 让入射光线