江苏专版2019年高考物理总复习第59讲实验十二测定玻璃的折射率讲义.doc

第59讲实验十二 测定玻璃的折射率考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求实验、探究：测定玻璃的折射率实验储备一、实验目的1理解用插针法测定玻璃折射率的原理2学会测定玻璃的折射率的实验方法二、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚)、图钉(四枚)、量角器、三角板(或直尺)、铅笔三、实验原理用插针法确定光路，找出跟入射线相对应的折射线；用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率n.四、实验步骤1把白纸用图钉钉在木板上；2在白纸上画一条直线aa作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa的法线NN，如图所示；3把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个边跟aa对齐，并画出玻璃砖的另一个边bb；4在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1和P2；5在玻璃砖的bb一侧竖直地插上大头针P3，用眼睛观察，调整视线，要使P3能同时挡住P1和P2的像；6同样地在玻璃砖的bb一侧再竖直地插上大头针P4，使P4能挡住P3本身和P1和P2的像；7记下P3和P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3和P4作直线OB与bb交于O，连接OO，OO就是玻璃砖内的折射光线，入射角iNOA，折射角rOON；8用量角器量出入射角和折射角的度数；9从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里；10用上面的方法分别求出入射角是30、45、60时的折射角，查出入射角iNOA和折射角rOON的正弦值；11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，求出几次实验中所测的平均值，这就是玻璃砖的折射率五、数据处理数据处理的另一种方法：如图所示，以O1为圆心以任意长为半径(半径要尽可能长些约10 cm)画圆交入射光线AO1于M点、交折射光线O1O于P点，过M、P作NN的垂线MK、PQ，则n，据此可知，用刻度尺测出MK、QP的长度，即可求出折射率n.六、误差分析误差的主要来源：1确定入射光线、出射光线时的误差故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点2测量入射角与折射角时的误差故入射角不宜过小，但入射角也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱七、注意事项1玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面；2入射角应在30到60之间；3大头针要竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应尽量大一些，以减小确定光路方向时造成的误差；4玻璃砖的折射面要画准；5由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱技能优化释难答疑的金钥匙【典型例题1】在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示(1)在图中画出完整的光路图；甲乙(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n_(保留3位有效数字)；(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和_(选填“A”或“B”)【典型例题2】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，如图所示在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，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AOF30，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、P4两位置中_(选填“P3”或“P4”)处所对应的折射率大(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为_(4)若保持AOF30不变，用该装置能测量的最大折射率的值不超过_【典型例题3】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ab、cd与玻璃砖位置的关系分别如图、和所示，其中甲、丙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ab、cd为界面画光路图则甲同学测得的折射率与真实值相比_(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)，乙同学测得的折射率与真实值相比_(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)，丙同学测得的折射率与真实值相比_当堂检测1.如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率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(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点第1题图(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量_，则玻璃砖的折射率可表示为_(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将_(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)2某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率，如图所示实验的主要过程如下：第2题图A把白纸用图钉钉在木板上，在白纸上作出直角坐标系xOy，在白纸上画一条线段AO表示入射光线B把半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边aa与Ox轴重合C用一束平行于纸面的激光从y0区域沿y轴负方向射向玻璃砖，并沿x轴方向调整玻璃砖的位置，使这束激光从玻璃砖底面射出后，仍沿y轴负方向传播D在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.E在坐标系y0的区域内竖直地插上大头针P3，并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去，P3能同时挡住P1和P2的像F移开玻璃砖，连接O、P3，用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示)，此圆与AO线交点为B，与OP3线的交点为C.确定出B点到x轴、y轴的距离分别为x1、y1，C点到x轴、y轴的距离分别为x2、y2.(1)若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa与Ox轴重合，而是向y0方向侧移了一些，这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比_(选填“偏大”、“不变”或“偏小”)(2)若实验中该同学在y0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，为能透过玻璃砖看到P1、P2，应采取的措施是：_.3某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d110.00 cm，玻璃砖厚度d24.00 cm.玻璃的折射率n_，光在玻璃中传播速度v_m/s(光在真空中传播速度c3.0108 m/s，结果均保留两位有效数字)第3题图第59讲实验十二：测定玻璃的折射率技能优化典型例题1 (1)如图所示(2)1.51(0.03均可)(3)A【解析】(1)完整的光路图如图所示(2)用量角器测出入射角i与折射角r，根据折射率n得出结果；或者利用坐标纸结合入射角和折射角画两个直角三角形，然后用刻度尺测出所对应的直角边和斜边的长度，进一步计算出正弦值，再代入折射率公式即可(3)由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和B.P3和A的连线与玻璃砖没交点典型例题2(1)(2)P4(3)1(4)2【解析】(1)OP3与OC的夹角为30，则入射角为60，根据折射率定律n；(2)P4位置的入射角大，在折射角一定的情况下，故折射率就大(3)入射角和折射角相等，则折射率为1.(4)当发生全反射时，为所能测量最大折射率，故为2.典型例题3(1)偏小(2)不变(3)偏小【解析】如图测定折射率时，折射角增大，则折射率减小；用图测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图测折射率时，折射角偏大，所以测得的折射率变小当堂检测1(1)l1和l3n(2)偏大【解析】(1)sin1，sin2，因此玻璃的折射率n，因此只需测量l1和l3即可(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，在处理数据时，认为l1是不变的，即入射角不变，而l3减小，所以测量值n将偏大2(1)偏大(2)减小光线AO的入射角【解析】(1)折射率n，玻璃砖的底边aa与Ox轴未重合而向y0方向侧移了一些，导致测量的y2偏大，y1偏小，所以玻璃的折射率的测量值与真实值相比偏大；(2)在y0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，说明光线AO在界面aa上发生了全反射应该减小光线AO的入射角31.22.5108【解析】作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i45，折射角r37，故折射率n1.2，故v2.5108 m/s.第3题图选修35