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课标版课标版 物理物理第6讲实验：测定玻璃的折射率 实验目的实验目的 1.测定玻璃的折射率。2.学会用插针法确定光路。 实验原理实验原理 如图所示,当光线AO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AO对应的出射光线OB,从而确定折射光线OO和折射角2,再根据n=或n=算出玻璃的折射率。12sinsinPNQN教材研读教材研读 实验器材实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚)、图钉(四枚)、量角器(或圆规)、三角板(或直尺)、铅笔。 实验步骤实验步骤 1.首先把白纸铺在木板上并用图钉将白纸固定;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。3.把长方体玻璃砖放在白纸上,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、P4四枚大头针的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线OB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,OON为折射角。7.改变入射角,重复实验。 数据处理数据处理 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值,并取平均值。12sinsin2.作sin 1-sin 2图像改变不同的入射角1,测出不同的折射角2,作sin 1-sin 2图像,由n=可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。3.“单位圆法”确定sin 1、sin 2,计算折射率n12sinsin以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线AO于P点,交折射光线OO于Q点,过P作CD的垂线PN,过Q作CD的垂线QN,如图所示,则sin 1=,sin 2=,又OP=OQ=R,则n=,只要用刻度尺测出PN、QN的长度就可以求出n。PNOPQNOQ12sinsinPNQN 注意事项注意事项 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边界线。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5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。 误差分析误差分析 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,以减小测量的误差。考点一实验原理与操作考点一实验原理与操作 考点突破考点突破典例典例1 1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的像挡住,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本身和P1、P2的像。在纸上标出大头针位置和三棱镜位置如图所示:(1)在图上作出光路;(2)为了测出玻璃的折射率,需要测量的是 ,在图上标出它们;(3)计算折射率的公式是n= 。答案见解析解析 (1)如图所示。(2)需要测量的物理量有:入射角1,折射角2,见图。(3)n=,用量角器量出1、2,查出 sin 1、sin 2的值代入可求出n。12sinsin1-1 2015北京理综,21(1)“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好玻璃砖,aa和bb分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图1所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4。在插P3和P4时,应使 (选填选项前的字母)。A.P3只挡住P1的像B.P4只挡住P2的像C.P3同时挡住P1、P2的像答案 C P3应同时挡住P1、P2的像,P4应挡住P3本身和P1、P2的像,故选项C正确。图1 1-2在用插针法测定玻璃的折射率的实验中,某同学操作步骤如下:用图钉将记录光路的白纸固定在平木板上;手拿玻璃砖的毛面或棱,将其轻放在白纸上;用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa和bb;在aa上选择一点O,作为不同入射角的入射光线的共同入射点,画出入射角i分别为0、30、45的入射光线;用“插针法”分别得到各条入射光线的折射光线,观察时着重看大头针的针帽是否在一条直线上,取下玻璃砖、大头针,连线,得到折射光线,量出各个折射角r;按公式分别计算,取三个值的算术平均值。sinsinir(1)以上步骤中有错误或不妥之处的是 。(2)应改正为 。答案 (1) (2)在中应先画出一条直线,把玻璃砖的一边与其重合,再使直尺与玻璃砖的另一界面对齐,移动玻璃砖后再画另一边界线;在中入射角要取0以外的三组数据;在中大头针要竖直插牢,观察时看针脚是否在同一条直线上解析 在本题中步骤操作不当,不应该用玻璃砖代替直尺画两界面aa、bb,这样很容易破坏玻璃砖的光学面。步骤中入射角不应该取0,这样无法确定折射角。步骤中,观察时应着重看大头针的针脚部分不应看针帽部分是否在同一直线上。考点二数据处理和误差分析考点二数据处理和误差分析典例典例2某校开展研究性学习,某研究小组根据光学知识,设计了一个测液体折射率的仪器。如图所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF。在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变。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,在圆周EC部分插上P3,使P3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,就可以直接读出液体折射率的值。(1)若AOF=30,OP3与OC之间的夹角为30,则P3处刻的折射率的值为 。(2)图中P3、P4两处,对应折射率大的是 。(3)做AO的延长线交圆周于K,K处对应的折射率为 。答案 (1)1.73 (2)P4 (3)1解析 (1)根据折射定律有n=,题中1=EOP3=-COP3=60,2=AOF=30,所以n=1.73。(2)在折射角相同的情况下,图中P4对应的EOP4大于P3所对应的EOP3,所以P4处对应的折射率大。(3)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。12sinsin2sin60sin302-1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。此玻璃的折射率计算式为n= (用图中的1、2表示);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。答案大解析根据折射率定义可知n=。玻璃砖宽度大些,光线穿过时的侧移量就会大些,测量时误差会小些。12coscos12sin(90)sin(90)12coscos2-2在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa、bb与玻璃砖位置的关系分别如图、和所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa、bb为界面画光路图,则(1)甲同学测得的折射率与真实值相比 (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。(2)乙同学测得的折射率与真实值相比 (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。(3)丙同学测得的折射率与真实值相比 。答案 (1)偏小(2)不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变解析 (1)用图测定折射率时,会导致玻璃中折射光线偏折小了,所以折射角增大,折射率减小。(2)用图测折射率时,只要操作正确,所测折射率与真实值相等,与玻璃砖形状无关。(3)用图测折射率时,因为界面bb部分在玻璃砖外侧,部分在内侧,故无法确定折射光线偏折的大小,所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变。
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