（新课改省份专用）2020版高考物理一轮复习 第十四章 第3节 实验：测定玻璃的折射率学案（含解析）.doc

第3节实验：测定玻璃的折射率一、实验目的测量玻璃的折射率，掌握光线发生折射时入射角和折射角的确定方法。二、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，代入公式计算玻璃的折射率。三、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。四、实验步骤1铺白纸、画线(1)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MN，并画一条线段AO作为入射光线。(2)把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟aa对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb。2插针与测量(1)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。(2)移去玻璃砖，连接P3、P4并延长交bb于O，连接OO即为折射光线，入射角1AOM，折射角2OON。(3)用量角器测出入射角和折射角，查出它们的正弦值，将数据填入表格中。(4)改变入射角1，重复实验步骤，列表记录相关测量数据。五、数据处理1平均值法：计算每次实验的折射率n，求出平均值。 2图像法(如图甲所示)。3单位圆法(如图乙所示)。六、注意事项1玻璃砖应选用厚度、宽度较大的。2大头针要插得竖直，且间隔要大些。3入射角不宜过大或过小，一般在1575之间。4玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。5实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。 基础考法1.如图甲所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。(1)此后正确的操作步骤是_。A插上大头针P3，使P3挡住P2的像B插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C插上大头针P4，使P4挡住P3的像D插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3(2)正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条辅助线，如图乙、丙所示。能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图_(选填“乙”或“丙”)，所测玻璃折射率的表达式n_(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。解析：(1)此后正确的操作步骤是：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3，B、D正确。(2)能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是题图丙，因为n。答案：(1)BD(2)丙2.某同学利用“插针法”测定玻璃砖的折射率，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。(1)此玻璃砖的折射率计算式为n_(用图中的1、2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_(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。解析：(1)据题意可知入射角为1，折射角为2，则玻璃的折射率为n。(2)玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确。故应选用宽度大的玻璃砖来测量。答案：(1)(2)大3.现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。实验时，先将直尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记，再将玻璃砖平放在白纸上，沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD，再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、M的位置，如图所示，然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到O点的像与M点的像重合，再在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置。(1)请在原图上作出光路图；(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为：n_(用字母P和图中已知线段字母表示)。解析：(1)调整视线方向，当O点的像和M点的像重合时，从O点发出的光线经玻璃砖折射后与从M点发出的光线经AB面反射后重合。在观察的一侧插上大头针，使大头针挡住M、O的像，则大头针的位置为折射光线射出玻璃砖的点和从M点发出的光线在AB面上的反射点，如图所示。(2)折射率n。答案：(1)光路图见解析(2)4.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的距离d110.00 cm，玻璃砖的厚度d24.00 cm。则玻璃的折射率n_，光在玻璃中传播的速度v_ m/s(光在真空中传播的速度c3.0108 m/s，结果保留两位有效数字)。解析：作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i45，由于AB之间的距离等于CE之间的距离，所以由几何关系可得折射角r37，故折射率n1.2，故v2.5108 m/s。答案：1.22.51085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 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，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。(1)在图上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角。(3)用所测物理量计算折射率的公式为n_。(4)为了保证在C得到出射光线，实验过程中，光线在A的入射角应适当_(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。(5)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，由图像可知该玻璃的折射率n_。解析：(1)连接P3、P4与C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A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)连接O点与光线在A上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示。(3)由折射定律可得n。(4)为了保证能在C上有出射光线，实验过程中，光线在A上的入射角应适当小一些，才不会使光线在C上发生全反射。(5)图像的斜率kn，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。答案：(1)(2)见解析图(3)(4)小一些(5)1.5