高中物理全程复习方略配套课件鲁科·福建：实验十三测定玻璃的折射率

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：次数数值123入射角i折射角rsinisinrn=(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.实验谷对测元量结班果影等响最蹈大的初是测禾量光悲在玻歉璃中啄折射瓜角r的误篮差，担其误剑差主碌要来浸源是摇：1.玻璃鲁砖的漠宽度妖太窄.2.入射期角i过大映或入依射角i过小.3.玻璃决砖的湖两个证平行楚的折透射面桑未与南两条殃平行宫轮廓棒线完只全重澡合、字玻璃蓝砖移恒动、豪画线朗太粗礼等.4.大头梯针离史玻璃锋砖偏梯远、旋大头腔针之叛间间方距偏盲小等.1.手拿扩、放峡玻璃烫砖只项能接杯触毛北面或食棱，石不能昂触摸柱光学博面，妄画界知面aa′时应罢先画奋直线及再放汽上玻佣璃砖剩；画让界面bb置′时严寇禁把货玻璃末砖当贸刻度围尺用.2.实验奴过程拌中，诸玻璃沾砖在医纸面孔上的猛位置趴不可扛移动.3.插针P1与P2、P3与P4的间饥距要系适当哭大些祸，以戏减小啄确定膛光路碑方向昏时出的现的吓误差.4.实验植时若忘入射萝角太据小，缺则与券入射覆角对晚应的范折射然角测磨量的殖相对耳误差鄙增大仆；入宰射角漏也不羽能太偿大，佳过大剩则反舒射光合较强送，出熟射光黑较弱妻，不坚易观养察到P1、P2的像.5.大头筒针应肝竖直叛插入缓，且枣玻璃狱砖应当选用慈宽度联在5务cm以上畅的.利用火细激究光束葡射入贸半圆缘瑞形玻略璃砖侄，测古出全呼反射观的临滑界角限来测该定玻哪璃的营折射榨率，肯此法摇操作猎简单票快捷.实验蚂原理茄与方录法的剂考查【典例1】挡(2访01沸1·天津如高考)某同偶学用大头蹈针、型三角户板、剑量角槐器等谎器材仆测半陕圆形玻刮璃砖咸的折翻射率补，开帅始玻田璃砖理的位灾置如图寇中实低线所殖示，微使大亡头针P1、P2与圆心O在同龄一直侄线上灰，该薯直线血垂直武于玻宰璃砖的先直径富边，尿然后差使玻封璃砖躬绕圆宣心O缓缓转槐动，激同时协在玻榆璃砖裂的直劫径边应一侧赠观察P1、P2的像咏，且P2的像挡住P1的像守，如诞此观歌察，雹当玻船璃砖歇转到煤图中桨虚线位置通时，休上述丝式现象宽恰好尘消失辜，此边时只驶须测彼量出__凯__断__捆_，即月可计袋算出朝玻璃蹄砖的流折射远率，循请用疫你的伍测量骄量表部示出象折射学率n=阔__丧__茧__削.【规范等解答】若半等圆形兔玻璃躺砖转册过θ角时予在半危圆形像玻璃水砖直叛径一取侧恰拘好看民不到P1、P2的像素，那么此知时恰沫好发买生了衫全反柱射，巩作出如图萄所示绒的光敢路图夏，则榜过P1、P2的光苦线在批玻璃渔砖内篮的入祸射角印为θ，在空唇气中却折射评角为90夹°，根奋据折射定跟律得横，只者要测出θ，就粘能求侦出玻踏璃砖由的折阁射率.答案石：玻璃贡砖直微径边磁绕O点转伤过的灵角度θ实验因数据惜处理拣方法恢的考喝查【典例2】用三激棱镜悼做测碑定玻健璃折俩射率腿的实梁验，究先在槽白纸物上放镇好三拉棱镜厌，在染棱镜型的一义侧插运上两软枚大徒头针P1和P2，然雹后在透棱镜袋的另择一侧帆观察浅，调掌整视锄线使P1的像饼被P2挡住眯，接怪着在米眼睛垒所在份的一槐侧插险两枚进大头迫针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像尘，P4挡住P3和P1、P2的像醒，在洞纸上节标出犬大头良针位遇置和热三棱欺镜轮投廓.如图贞所示.(1毯)在图捕上画眉出所破需的蹲光路.(2黎)为了锐测出糟棱镜炊玻璃泽的折谅射率趁，需鬼要测择量的汽量是__岂__词_，在君图上笑标出喷它们.(3学)计算昼折射深率的墙公式算是n=葬__得__叔_.【规范尼解答】(1书)如图诉所示广，连幕接P1、P2交AB于O点，杂连接P3、P4交AC于O′点，妈连接OO文′，过O点作AB面的份法线MN，延灰长OO低′到G点，滚使OG降=O爆E，过E点作老法线MN的垂剑线交MN于F点，板过G点作蒸法线MN的垂饿线交MN于H点.(2数)由折马射定峰律有n=因为佳作图乱时量约得OG汽=O驰E，所穴以玻疫璃的霞折射毯率为n=泼.因此昂需要测量带线段EF和GH的长.(3企)计算会折射民率的编公式巨是n=乱.答案煮：(1领)见规赖范解移答(2近)线段EF和GH的长(3侦)1.如图惩所示境，一群半圆就形玻扑璃砖倒外面陷插上P1、P2、P3、P4四枚栏大头吴针时怎，P3、P4恰可数挡住P1、P2所成陡的像抢，则彼该玻币璃砖茎的折竹射率n=微__廊_，有音一位死同学衰把大絮头针社插在P′1、P′2位置雁时，党沿着P4、P3的方柴向看颈不到刻大头列针的惰像，特其原伶因是__描__结__劲__际__析__膛__扑__械__分.【解析】由题走图知凳过P1、P2的光茫线在羽玻璃剂砖内逆的入至射角顿为30喜°，在勾空气蜘中折竿射角判为60村°，由廉折射闭定律n=可得n=箱1.瞧73，经搬过P'1P'2的光哭线在谨界面MN处的墙入射设角是60爷°，大于临哑界角蚀，发叉生了储全反打射，验因此晨沿着P4、P3的方容向看削不到培大头针的绩像.答案众：1.露73经过P'1P'2的光早线在闸界面MN处发贴生了待全反源射2.如图研所示凤，利芒用某辟种折闹射率巨较大世的透芦光物别质制悬成直猎角三互棱镜AB吊C，在欣垂直翻于AC面的那直线MN上插碗两枚穴大头施针P1、P2，在AB面的吧左侧咸通过私棱镜头观察市大头防针P1、P2的像脆，调邀整视哭线方揉向，茅直到P1的像遵被P2的像纺挡住项，再班在观扎察的评这一事侧先皂后插疫上两俗枚大袭头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像帐，P4挡住P3和P1、P2的像课，记视下P3、P4和三昌棱镜者的位葱置，斤移去阅大头崭针和毒三棱德镜，锋过P3、P4作直挺线与AB面交吐于D，量岔出该乖直线普与AB面的僵夹角外为45馋°，则货透光屡物质什的折伟射率n=烂__胶__密_.【解析】由于的光在摩界面BC处发航生反赛射，犬依题呈意作野光路众图如语图所书示，嫁由几靠何关牛系可奴知光孕在D处射敞出时类，入良射角葱是30喉°，折浴射角赔是45耕°，据秩折射秧定律侵得n=僻.答案攻：3.学校殖开展林研究狭性学俯习，放某研仰究小连组的茂同学其根据深所学感的光性学知马识，榴设计发了一左个测父量液焰体折净射率稿的仪中器，骡如图雄所示.在一穿圆盘壶上，示过其课圆心O作两宽条互态相垂阔直的川直径BC、EF，在悔半径OA上垂迟直盘经面插阀下两绑枚大判头针P1、P2并保党持P1、P2位置掩不变走，每屑次测州量时厕让圆葛盘的径下半申部分吨竖直馒进入融液体交中，亮而且杨总使货得液鼠面与自直径BC相平邮，EF作为糟界面证的法种线，删而后比在图绍中右俯上方壮区域风观察P1、P2的像果，并砖在圆辩周上糟插上晨大头锦针P3，使P3正好渔挡住P1、P2的像惯，同焦学们见通过且计算冲，预例先在食圆周EC部分品刻好域了折止射率貌的值爪，这吵样只宁要根访据P3所插举的位铺置，葡就可紧直接复读出画液体恐折射纷率的卡值，乔则：(1详)若∠AO域F=半30秒°，OP3与OC的夹鄙角为30傅°，则P3处所叶对应矮的折夸射率王的值捉为__馒__智_.(2血)作AO的延既长线铃交圆议周于K,登K处所翼对应剪的折东射率个值应个为__泄__喜__跪.(3竖)图中P3、P4两位荷置哪百一处案所对爆应的杜折射库率值违大？答：__目__给__晶__震_.【解析】本题渗考查写利用顽插针过法测巩定液悲体的祸折射战率和菊对折姓射率差的理解.(1城)根据售折射事定律n=博,题中i=秆60宇°,隶r=杏∠A能OF铺=3碧0°昆,所以n=娃=走1.锐73翁.(2雀)因A、O、K在一暑条直闭线上洗，入摸射角朴等于牵折射蓬角，款所以K处对组应的折就射率案应为1.(3桂)图中P4对应若的出羞射角辫大于P3所对粥应的较出射絮角,所以P4位置冈处对应辆的折挠射率屠大.答案着：(1疼)1专.7骡3参(找2)弟1霸(哲3)谨P4处对惩应的蝴折射局率大4.某同施学在增测一干厚度草均匀形的圆惜形玻宝璃的溉折射纠率时锦，先是在白航纸上肤画一山与圆寄形玻趣璃同怠半径惜的圆萝，圆少心为O，将牌圆形烦玻璃娇平放呼在白猫纸上晴，使吸其边局界与伯所画汪的圆保重合.在玻弱璃一予侧竖银直插尸两枚休大头渣针P1和P2,在另予一侧翁按正耗确方逆法再愉插两县枚大流头针P3和P4，移邻去大酸头针疫和圆招形玻帮璃后脆，得艺到图桥形如棍图所脑示.(1烦)从P3和P4一侧吹观察捐时，P1、P2、P3、P4应满肯足的微关系肉为__边__；(2穷)完成滩光路佣图，冬并标脏明入兔射光音线、补玻璃狂内传披播的应光线琴、出家射光装线；(3展)用α和β表示勇出光猎线从吸玻璃塞射入岭空气瓣时的作入射蹲角和嫂折射棍角，渗并用化它们禁表示按出玻根璃的袋折射索率为__微__吴__狸_.【解析】(1务)从P3和P4一侧索观察印，P3、P4和P1、P2的像捆应在望一条思直线测上.(2热)连接P1、P2作为沙入射脸光线街，延娱长至脱玻璃滋界面迟交点戒为入线射点M；连驱接P3、P4作为皆出射全光线源，反懒向延类长至吩玻璃阶界面宏交点洗为出姐射点N；连抹接M、N即为杂玻璃壤内传初播的承光线秩如图成所示.(3偶)连接O、N，所岸作的跪直线关是过到出射椅点N点的士界面塌法线雀，则胞入射角α和折护射角β如图劝所示.由折弄射定剧律得苹：n=施.答案杜：(1冲)P3、P4和P1、P2的像堤应在批一条谅直线稳上(2买)见解男析图(3芝)5.如图穿所示虑，某调同学喝用插优针法宜测定哲一半疗圆形浪玻璃定砖的绘折射理率．进在平瞒铺的暂白纸俯上垂例直纸瞒面插勇大头意针P1、P2，确舒定入虾射光汁线，屡并让盏入射者光线济过圆纲心O，在欠玻璃坛砖(图中那实线成部分)另一握侧垂脾直纸刺面插掏大头宅针P3，使P3挡住P1、P2的像届，连园接OP3．图比中MN为分中界面驳，虚穗线半故圆与冻玻璃断砖对宫称，B、C分别员是入忘射光撕线、吵折射岗光线韵与圆碍的交标点，AB、CD均垂溉直于蛛法线析并分冈别交旨法线拢于A、D点.设AB的长筋度为l1，AO的长钟度为l2，CD的长亲度为l3，DO的长安度为l4，为跑较方骂便地军表示嗽出玻绕璃砖斗的折厚射率排，需竟用刻租度尺岗测量__贝__亚_，则白玻璃兰砖的胳折射倍率可假表示蛙为__斤__陡__桑_.【解析】OC是折絮射光饲线，跟折射顺角为咱∠DO届C，入龄射角枕为∠BO容A，则n=，因而此需钓用刻葱度尺火测量l1和l3.答案坐：l1和l3n=6.在做汤测定嫁玻璃赔折射张率的衬实验挣时:(1输)甲同膊学在际纸上胀正确喂画出五玻璃避砖的舱两个急界面ab和cd，但敬在做阳插针傻实验凡观察迅前不它慎将贩玻璃嫁砖向ab方向监平移左了一棚些，墓如图次甲所采示，滚其后饱的操凭作都井正确纠，但进在画供光路搏图时挣，把牢入射浸光线即和出赞射光帜线分敞别延忌长到ab、cd上找亦到交构点O、O′画出签折射拒光线凳，他育测得午的玻服璃折印射率n值将__义__耕__鱼.(2苗)乙同察学为以了避遮免笔吨尖接贝触玻衡璃砖洽表面舰，画魔出的卧两条你直线a′叶b′和c′末d′都比免玻璃祖砖的灾实验嚷侧面脆向外标平移无了一锦些如瓣图乙边所示驶，其睁他操覆作都舅正确苗，画晓光路州图时涝他也部以a′聪b′和c′卸d′直线扩为标陕准找圆出两朝个交校点O、O′，连郊成折桨射光羡线OO疑′以后爆再进毛行测挑量和缓计算西，他蚕测出款的玻吊璃折梅射率n值将__环__厕__京.(3册)丙同皇学在缠实验倚、操刮作、藏画图况各方索面都蜘正确银，只圣是所叠用的楼玻璃震砖的泉两个赵侧面狸明显遇不平躬行如染图丙蚕所示糟，他骗测出问的玻佩璃折尊射率n值将__骡__菌_.【解析】(1饥)甲同用学在存画好密玻璃桶砖的县两条鞠界面鼠线ab、cd以后槽，在插针彼观察唇实验岂时把徒玻璃早砖向抓上平线移了饿一小爸段距提离，枝但是ab、cd之间歌的距求离和村被测激玻璃秋砖两激个侧柿面距黄离相幕等，往所以定入射牺光线踪蝶和出射边光线押的方论向没偏有改尤变，遍使得顺画出劣的在指玻璃斧砖内投的折届射光璃线的方给向也岔没有指改变猪，得字到的绕入射早角和克折射娘角的踪蝶大小申不变唉，因昆此测得维的玻肤璃折膨射率n的值虏将保坐持不泽变，欢如图(a姓)所示.(2次)乙同短学画杯的两添条界望面线a′教b′和c′良d′之间扫的距机离大慢于实供际玻璃痰砖两砌个侧朵面之壮间的设距离欧，使意画出模的入弃射点哄向左赔移，悉而光绵线从玻掀璃砖撤射出岗的点膀向右植移，从使画药出的尽折射短角θ′2比实揉际的漏折射角θ2大，毒如图(b谷)所示.由折宪射定凝律n=算得论的玻雹璃折热射率将偏