高考物理月刊专版 专题11 光学综合 测定玻璃的折射率课件.ppt

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 实验原理如图实 1 1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 或n 算出玻璃的折射率 图实 1 1 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 四 实验步骤1 如图实 1 2所示 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 图实 1 2 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 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 sin 2图象 由n 可知图象应为直线 如图实 1 3所示 其斜率为折射率 图实 1 3 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e h 如图实 10 4所示 sin 1 sin 2 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 图实 1 4 六 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5cm以上 若宽度太小 则测量误差较大 七 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 八 实验改进本实验可用半圆形玻璃砖代替长方形玻璃砖 做法如下 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 在玻璃砖另一侧垂直纸面插大头针p3 使p3挡住p1 p2的像 连接op3 作光路图如图实 1 5所示 则折射率n 图实 1 5 如图实 1 6所示 用插针法测定玻璃折射率的实验中 以下各说法中正确的是 a p1 p2及p3 p4之间的距离适当大些 可以提高准确度b p1 p2及p3 p4之间的距离取得小些 可以提高准确度 图实 1 6 c 入射角 1适当大些可以提高准确度d 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e p1 p2的间距 入射角的大小均与实验的准确度无关 解题指导 因为实验中的入射光线和折射光线都是通过隔着玻璃砖观察成一直线后确定的 大头针相互间的距离太小 容易出现偏差 a正确 b错误 入射角适当大些 相应的折射角也增大 折射现象较明显 容易测量些 c正确 e错误 由于光通过玻璃砖时 各相关角度是互相制约着的 其出射角恒等于入射角 而对于入射角的界面 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 折射角也趋于最大值c 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为c 根据光路可逆原理 出射角最大也趋于90 即始终能透过玻璃砖看到入射光线 d错 答案 ac 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 如图实 1 7所示 在一圆盘上 过其圆心o作两条互相垂直的直径bc ef 图实 1 7 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 图中p3 p4两位置 处所对应的折射率值大 3 作ao的延长线交圆周于k k处所对应的折射率值应为 解题指导 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