第12章第4课时 实验：测定玻璃的折射率.ppt

1、2012新课程高中物理总复习第一轮,福建省鲁科版,光学 相对论简介,实验：测定玻璃的折射率,第十二章,1.实验目的 (1)会用插针法测定玻璃的折射率. (2)掌握光发生折射时，入射角和折射角的确定方法.,2.实验原理 如图12-4-1所示，用插针法找出入射光线AO对应的出射光线OB，确定出射点O，画出折射光线OO，然后测量出入射角1和折射角2， 根据计算玻璃的折射率.,图12-4-1,3.实验器材 白纸、图钉、大头针、直尺、三角板、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖. 4.实验步骤 (1)将白纸用图钉固定在平木板上.,(2)在白纸上画出一条直线aa，作为界面(线)，过aa上的一点O画出界面的法

2、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，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一边bb.,(4)在直线AO上竖直插入两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P2挡住P1的像.再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置. (5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线OB与bb交于O，直线OB就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向.,(6)连接OO，入射角1=AON,折射角2=OON.用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦

3、值，把这些数据记录在自己设计的表格中. (7)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， 求出几次测得的的平均值，作为测得的玻璃的折射率.,5.注意事项 (1)实验时，应将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P2与O之间、P3与P4之间、P3与O之间距离要稍大一些. (2)入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差.但不宜太大，也不宜太小，1应在30到60之间为宜.,(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能用玻璃砖界面代替直尺画界线. (4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的位置都不能改变. (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.,6.

4、误差分析主要误差有两个： (1)入射光线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时两大头针间距应较大. (2)入射角、折射角测量得不精确，为减小测量角度时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，否则光线会从玻璃砖的侧面射出，并且入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱.,用插针法测折射率的方法 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和P1、P2的像，在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓.如图12-4-2所示

5、.,(1)在本题的图上画出所需的光路. (2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是，在图上标出它们. (3)计算折射率的公式是n=.,图12-4-2,(1)如下图所示，连接P1、P2交AB于O点，连接P3、P4交AC于O点，连接OO，过O点作AB面的法线MN，延长OO到G点，使OG=OE，过E点作法线MN的垂线交MN于F点，过G点作法线MN的垂线交MN于H点.,(2)量出线段EF和GH的长. (3)由折射定律 因为作图时量得OG=OE，所以玻璃的折射率为n=.,测定玻璃的折射率时，所给的玻璃砖不一定是平行的，也可能是三角形的、圆形的等等，测量方法没有改变，但思维有了迁移.本题也可以通过直接

6、测量入射角1和折射角2来计算玻璃的折射率.,变式训练1：如图12-4-3所示，画有直角坐标系xOy的白纸位于水平桌面上，M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标的原点，下边直径与x轴重合，OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，是直线OA与y轴正方向的夹角，是直线OP3与y轴负方向的夹角，只要直线OA画得合适，且P3的位置取得正确，测得角和，便可求得玻璃的折射率.,图12-4-3,某学生利用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线OA上竖直插上了P1、P2两枚大头针，但在y0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看

7、到P1、P2的像，他应该采取的措施是.若他已透过玻璃砖看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是.若他已正确地测得了、的值，则玻璃的折射率n= .,解析：这是一道利用光的折射知识进行介质玻璃折射率测量的实验题 某同学在y0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，只能说明光在从玻璃向空气传播时因入射角过大而发生了全反射，采取的措施是另画一条更靠近y轴正方向的直线OA，把大头针P1、P2竖直地插在所画的直线上，直到在y0的区域内透过玻璃砖能看到P1、P2的像若该同学透过玻璃砖已看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是插上大头针P3，使P3刚好能挡住P1、P2的像 若该同学

8、已正确地测得了a、b的值，由光的折射定律知，玻璃的折射率n= .,测折射率的其他方法 用如图12-4-4所示的装置可以测定玻璃的折射率.在光具盘上固定一块半圆柱形玻璃砖，使玻璃砖与圆盘的圆心重合.让激光束从玻璃砖圆弧面一侧射入，光束垂直玻璃砖底面并通过圆心O，保持入射光束方向不变，以圆心为轴逆时针方向缓慢转动光具盘，同时发现有两束光在光具盘上移动，当光具盘转过=30角时，发现其中一束光恰好消失，求新型玻璃砖的折射率n.,本题是利用全反射测玻璃砖的折射率. 由题意知，临界角C=30， 由sinC=得， .,图12-4-4,基础训练,1.某同学做测定玻璃折射率的实验时，用他测定的多组入射角q1与折

9、射角q2，作出sinq1-sinq2图像如图1245所示，下列判断中不正确的是( ) A他做实验时，光线是从空气射入玻璃的 B玻璃折射率为0.67 C玻璃折射率为1.5 D玻璃临界角的正弦值为0.67,图1245,B,基础训练,2.如图1246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( ) AP1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度 BP1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度 C入射角q1越大，实际准确度越高 D若入射角q1趋于90，则不能 透过玻璃看到入射光线,图1246,基础训练,解析：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一

10、直线后确定的，相互间的距离太小，容易出现偏差，A正确；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，但不宜太大；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，光线是由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，出射角最大趋于90，即始终能透过玻璃砖看到入射光线，D错,基础训练,3.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1247所示 (1)此玻璃的折

11、射率计算式为n=_(用图中的q1、q2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_(填“大”或“小”)的 玻璃砖来测量,图1247,大,基础训练,4.如图1248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_.,图1248,1.73,经过P1P2的光线在界面MN处发生了全反射,基础训练,5.某同学由于没有量角器，在完成了光路图后，以O点为圆心，10.00cm为半径画圆，分别交线段OA于A

12、点，交线段OO的延长线于C点，过A点作法线NN的垂线AB交NN于B点，过C点作法线NN的垂线CD交NN于D点，如图1249所示 用刻度尺量得OB=8.00cm， CD=4.00cm，由此可得 出玻璃的折射率n=_.,图1249,基础训练,提升训练,6.利用插针法测玻璃的折射率，实验中先将玻璃砖固定在水平桌面上的白纸上，画出玻璃砖两侧界面MN、PQ，在玻璃砖的一侧插好P1、P2大头针后，某同学发现在P1、P2的同侧通过玻璃砖在如图12410所示的位置也可观察到P1、P2的像，于是他在白纸上插大头针P3，使P3挡住P2、P1的像，,图12410,提升训练,同样的方法，他又插入大头针P4，使P4挡住

13、P3和P2、P1的像，取走玻璃砖，P1、P2连线交MN于O点，P3、P4连线交MN于O点测出P1、P2连线与MN间的夹角a=30，玻璃砖的厚度h=2.00cm，OO两点间的距离l=3.00cm，则玻璃砖的折射率为_(结果保留3位有效数字),提升训练,提升训练,7.学校开展研究性学习，某研究小组的同学们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12411所示，在一个圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的线BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针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插入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，,图12411,