1、实验15 测定玻璃的折射率,一 实验目的,三 实验器材,四 实验步骤,五 数据处理,教材研读,六 注意事项,七 误差分析,二 实验原理,考点一 实验原理与实验操作,考点二 实验数据处理与误差分析,考点三 实验拓展与实验创新,考点突破,一、实验目的,教材研读,1.测定玻璃的折射率。,2.学会用插针法确定光路。 二、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。,三、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(
2、或直尺)、铅笔。,四、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
3、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径迹。 AON为入射角,OON为折射角。 7.改变入射角,重复实验。,3.“单位圆法”确定sin 1、sin 2,计算折射率n 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。,六、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。
4、 2.入射角1不宜太大(接近90),也不宜太小(接近0)。太大,则反射光较 强,折射光较弱;太小,则入射角、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。,七、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,以减小测量误 差。,考点一 实验原理与实验操作,考点突破,例1 如图甲所示,在测量玻璃折射率的实验中,
5、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)(多选)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
6、、FG,的长度便可正确计算出折射率的是图 (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)。,答案 (1)BD (2)丙,解析 (1)插P3、P4时,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)设入射角为,折射角为,辅助圆半径为R,根据折射定律有n= 。 根据几何关系,在图乙中有sin = 、sin = ;在图丙中有sin = , sin = ,可知能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率 的是图丙,折射率n= = = 。,方法技巧 测量玻璃的折射率,无论是使
7、用平行玻璃砖、三棱镜,还是使用圆柱形 玻璃砖,测量方法和测量结果都相同。如果测量时玻璃砖发生了微小移 动,则测量结果会出现偏差。,变式1 如图所示是利用插针法测定玻璃折射率的实验得到的光路图, 玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行,则 (1)出射光线与入射光线 (填“仍 平行”或“不再平行”)。 (2)以入射点O为圆心,以R=5 cm长度为半径 画圆,与入射光线PO交于M点,与玻璃中折射光线的延长线OQ交于F点, 过M、F点分别向法线作垂线,量得MN=4.2 cm,FE=2.8 cm,则测得该玻璃 的折射率为 。,例2 在“测定玻璃的折射率”实验中(1)某同学在画玻璃砖边界时操作如图甲所示,
8、请指出其不当之处: (写出一点即可)。 (2)实验中,已画好玻璃砖边界ab、cd后,不小心误将玻璃砖向上稍平移 了一点,如图乙所示,其他操作正确,则测得玻璃的折射率将 (选 填“变大”、“不变”或“变小”)。,答案 (1)用手触摸光学面(或拿玻璃砖当尺子用) (2)不变,考点二 实验数据处理与误差分析,例3 在测定玻璃的折射率实验时 (1)下列说法正确的是 。 A.入射角越大,误差越小 B.在白纸上放好玻璃砖后,用铅笔贴着光学面画出界面 C.实验时即可用量角器,也可用圆规和直尺等工具进行测量 D.判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的针帽,(2)小时同学在插针时玻璃砖的位置如图1所示。根
9、据插针与纸上已画 的界面确定入射点与出射点,依据上述操作所测得的折射率 (填“偏大”、“偏小”或“不变”),(3)小明同学经正确操作后,在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3、 P4,AB和CD是描出的玻璃砖的两个边,如图2所示,请画出光路图。,答案 (1)C (2)偏小 (3)如图所示,解析 (1)本实验中入射角过大会导致反射光较强,折射光较弱,A错误; 用铅笔贴着光学面画界面可能会损坏光学面,B错误;求折射率可以通过 画图,将角度的正弦之比转化为对边之比,C正确;在观察时应观察大头 针的针尖,D错误。 (2)从题图1中可知玻璃砖发生倾斜,则所测定的入射角和折射角都变大,根据折射定律n=
10、 ,两角度都变大,根据数学知识可知n= ,故测定的折射率偏小, (3)连接P1、P2,确定入射点,连接P3、P4,确定出射点,再连接入射点和出 射点并标上箭头。,例4 如图所示,某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖的折射率, OA是画在纸上的直线,他在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚 大头针,如图放上玻璃砖(如粗黑线所示),然后插上P3、P4两枚大头针。,(1)其中他确定P3大头针位置的方法应当是 。 (2)若该同学实验操作规范准确,其记录的情况如图所示。该同学还用 圆规画了一个以O为圆心,半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图中虚线 所示)。请算出玻璃砖的折射率n= 。 (3)该同学在插
11、大头针P3前不小心将玻璃砖绕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”)。,考点三 实验拓展与实验创新,例5 某同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验,如图 所示,他进行的主要步骤是: A.用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d; B.先把白纸固定在木板上,将玻璃砖水平放 置在白纸上,用笔描出玻璃砖的边界,将玻璃 砖移走,标出玻璃砖的圆心O、直径AB以及AB的法线OC;,C.将玻璃砖放回白纸的原处,长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置; D.调节激光器,使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O,并使 长直尺MN的左右两端均出现亮点,记下
12、左侧亮点到A点的距离s1,右侧亮 点到A点的距离s2。则: (1)该同学利用实验数据计算玻璃砖折射率的表达式为n= 。 (2)该同学在实验过程中,发现直尺MN上只出现一个亮点,他应该采取的 措施是 。,例6 实验可提高学生们对物理实验的理解和应用能力。如图所示,一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率, 请填写下述实验步骤中的空白。 (1)用刻度尺测出广口瓶瓶口内径d。 (2)在瓶内装满水。 (3)将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中。 (4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去,若恰能看到刻度尺的0刻度线 (即图中A点),同时看到水面上B点刻度线的像B恰与A点的像相重合,如,图,若水面恰与直尺的C点相平,则 和 分别等于入射角和折射角 (5)读出 和 的长度。 (6)由题中所给条件和前面步骤得到的数据,可以计算水的折射率n= 。,
