2022届新教材高考物理一轮复习第十四章光学电磁波相对论实验20测定玻璃的折射率课件新人教版

1、实验实验2020测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率第十四章第十四章2022必备知识必备知识 预案自诊预案自诊1.实验目的测定玻璃的折射率,掌握光发生折射的入射角和折射角的确定方法。2.实验原理用插针法找出与入射光线ao对应的出射光线ob,确定出o点,画出折射光线oo,然后测量出角1和2,根据n= 计算玻璃的折射率。3.实验器材白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。4.实验步骤(1)铺白纸、画线如图所示,将白纸用图钉按在绘图板上,先在白纸上画出一条直线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。把平行玻璃转平放在白纸上,使它的长边跟aa对

2、齐,画出玻璃砖的另一条长边bb。(2)插针与测量在线段ao上竖直地插上两枚大头针p1、p2,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挡住,再在观察的这一侧依次插两枚大头针p3、p4,使p3挡住p1、p2的像,p4挡住p1、p2的像及p3,记下p3、p4的位置。移动玻璃砖连接p3、p4并延长交bb于o,连接oo即为折射光线,入射角1=aon,折射角2=oon。用量角器测出入射角和折射角,查出它们的正弦值。改变入射角1,重复实验,记录相关测量数据。5.数据处理(1)计算法:计算每次折射率n,求出平均值 。(2)图像法(如图所示)(3)单位圆法(如图所示) 6.误差分析

3、(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故在入射侧和出射侧所插两枚大头针的间距应大一些。(2)入射角和折射角的测量造成误差。入射角应适当大一些,可以减小测量的相对误差。7.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)。当1太大时,反射光较强,出射光较弱;当1太小时,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作尺子画界线。(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,

4、宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。关键能力关键能力 学案突破学案突破考点一考点一实验原理和实验操作实验原理和实验操作【典例1】 (2019天津卷)某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖,大头针,刻度尺,圆规,笔,白纸。(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度()a.选用两光学表面间距大的玻璃砖b.选用两光学表面平行的玻璃砖c.选用粗的大头针完成实验d.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是()(3)该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点

5、o为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于a、b点,再过a、b点作法线nn的垂线,垂足分别为c、d点,如图所示,则玻璃的折射率n=。(用图中线段的字母表示)解析(1)在插针法测定玻璃的折射率实验中,使用两光学面间距大的玻璃砖能更准确地确定玻璃砖内光线的位置,有利于减小实验误差,而两光学面是否平行对测量折射率没有影响,选项a正确、b错误;插针时要求后插的针挡住先插的针或先插的针的像,故选用细一点的大头针能更准确地确定光线位置,提高实验精确度,选项c错误;实验中是根据同侧两枚大头针的连线来确定入射光线或出射光线,故距离大些更好,选项d正确。 (2)由题图可知实验使用的是平行玻璃砖,故出射光线应该与

6、入射光线平行,选项a出射光线与入射光线在同一直线上,选项b、c中出射光线与入射光线不平行,故只有选项d正确。考点二考点二实验数据处理和误差分析实验数据处理和误差分析【典例2】 用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针p1、p2,然后在玻璃砖的另一侧观察,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和p4,使p3挡住p1和p2的像,p4挡住p3以及p1和p2的像,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓,如图甲所示,其中o为两圆弧圆心,图中已画出经p1、p2点的入射光线。(1)在图乙上补画出光路以及入射角和折射角

7、。(2)用所测物理量计算折射率的公式为n=。 (3)为了保证在弧面cd得到出射光线,实验过程中,光线在弧面ab的入射角应适当(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。 (4)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根据测得的入射角和折射角的正弦值,画出了如图乙所示的图像,由图像可知该玻璃砖的折射率n=。 解析(1)连接p3、p4与cd交于一点,此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置,由于p1、p2的连线与ab的交点即为光线进入玻璃砖的位置,连接两交点即可作出玻璃砖中的光路,如图所示。(2)由折射定律可得n=(3)为了保证能在弧面cd上有出射光线,实验过程中,光线在弧面ab上的入射角应适当小一些,才

8、不会使光线在cd面上发生全反射。(4)图像的斜率k= =n,由题图乙可知斜率为1.5,即该玻璃的折射率为1.5。对应演练对应演练 迁移应用迁移应用1.(2020山西高三一模)如图所示为某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖折射率的实验。在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。(1)(多选)以下说法正确的是。 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c.入射角适当大些,可以提高准确度d.p1、p2的间距,入射角的大小均与实验的准确度无关(2)该玻璃砖的折射率n=。另

9、一同学将大头针插在p1和p2位置时,沿着p3、p4的方向看不到大头针的像,其原因可能是 。 答案 (1)ac(2) 经过p1、p2的光线在界面mn处发生全反射解析(1)反射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的,大头针间的距离太小,引起的误差会较大,故p1、p2及p3、p4之间的距离适当大些,可以提高准确度,故a正确,b错误;入射角尽量大些,折射角也会大些,折射现象较明显,角度的相对误差会减小,故c正确,d错误。(2)由图知,沿p1、p2的光线入射角为i=30,折射角为=60,则该玻璃砖的折射率 ,把大头针插在p1、p2位置时,沿着p3、p4的方向看不到大头针的像,其原因是经过p1、p2的光

10、线在界面mn处发生全反射。2.某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的左侧插上两枚大头针p1和p2,然后在棱镜的右侧观察到p1和p2的像,当p1的像恰好被p2的像挡住时,插上大头针p3和p4,使p3挡住p1、p2的像,p4也挡住p1、p2的像,在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示。(1)在图上画出对应的光路。(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率,若以ab为分界面,需要测量的量是,在图上标出它们。 (3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n=。 (4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中,放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置,底边仍重合),若仍以ab为分界面,则三棱镜玻璃材料折射率的测量值真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。 答案(1)如解析图所示(2)入射角1、折射角2(3) (4)大于解析(1)光路