高中物理全程复习方略配套鲁科福建实验十三测定玻璃的折射率

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1、会计学1高中物理全程复习方略配套鲁科福建实高中物理全程复习方略配套鲁科福建实验十三测定玻璃的折射率验十三测定玻璃的折射率1.掌握光发生折射时入射角和折射角的确定方法.2.测定玻璃的折射率的原理与方法.第1页/共46页本实验是利用“插针法”确定光路.找出在介质中折射光线和折射角，再根据n= 算出玻璃的折射率，此法也适用于其他形状的介质的折射率的测定.sinisinr第2页/共46页一块两面平行的玻璃砖、白纸、木板、图钉、大头针、量角器(或圆规、三角板)、刻度尺.第3页/共46页一、实验步骤1.固定白纸：用图钉将白纸平整地固定在方木板上.2.画界面、作法线(1)在白纸上画一直线aa作为界面，过aa

2、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，如图所示.第4页/共46页(2)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa重合，找出与bb重合的两点，先拿掉玻璃砖，再用刻度尺画出玻璃砖的另一边bb，再放上玻璃砖，使其两边分别与aa和bb重合.第5页/共46页3.用插针法确定折射光(1)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.(2)从玻璃砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P1的像被P2的像挡住.再在bb一侧插上大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及P3本身.(3)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它

3、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.(4)用上述方法分别作出入射角是30、45、60时对应的折射角.第6页/共46页二、实验数据记录与处理1.公式法：通过测量入射角和折射角，查数学用表，代入n= 中求玻璃的折射率.sinisinr第7页/共46页(1)设计数据记录表格如下： 次数数值入射角i折射角rsinisinr n=123sinisinr第8页/共46页(2)用量角器量出入射角和折射角的度数,查出它们的正弦值，并把这些数据填入表格里.(3)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

4、验测得的 的平均值，这就是这块玻璃的折射率.sinisinrsinisinr第9页/共46页2.图象法根据n= 有：sinr= ，在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sini值为横坐标、以sinr值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示,描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线,求解图线斜率，设斜率为k，则k= ，故玻璃折射率n= .sinisinr1sinin1n1k第10页/共46页3.尺规法：利用圆规、刻度尺作辅助线的方法，通过测出辅助线的长度大小，来测定玻璃的折射率.(1)在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO

5、(或OO的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN作垂线，交NN于C、D，用刻度尺量出CC和DD的长.如图所示，由于sini= ，sinr= ，而CO=DO.所以折射率n= = .重复以上实验，求得多次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃折射率的测量值.CCCODDDOCCDDsinisinr第11页/共46页第12页/共46页(2)可以借助刻度尺来完成如图所示，第13页/共46页过B点作上表面的垂线，交上表面于M，延长AO与BM交于N，则折射率为n= .所以只要用刻度尺量出OB、ON的长度，就可以算出折射率了.OMsiniOBONOMsinrONOB第14页/共46页实验对测量结果影响最大的

6、是测量光在玻璃中折射角r的误差，其误差主要来源是：1.玻璃砖的宽度太窄.2.入射角i过大或入射角i过小.3.玻璃砖的两个平行的折射面未与两条平行轮廓线完全重合、玻璃砖移动、画线太粗等.4.大头针离玻璃砖偏远、大头针之间间距偏小等.第15页/共46页1.手拿、放玻璃砖只能接触毛面或棱，不能触摸光学面，画界面aa时应先画直线再放上玻璃砖；画界面bb时严禁把玻璃砖当刻度尺用.2.实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动.3.插针P1与P2、P3与P4的间距要适当大些，以减小确定光路方向时出现的误差.4.实验时若入射角太小，则与入射角对应的折射角测量的相对误差增大；入射角也不能太大，过大则反射光较强，

7、出射光较弱，不易观察到P1、P2的像.5.大头针应竖直插入，且玻璃砖应选用宽度在5 cm以上的.第16页/共46页利用细激光束射入半圆形玻璃砖，测出全反射的临界角来测定玻璃的折射率，此法操作简单快捷.第17页/共46页 实验原理与方法的考查【典例1】(2011天津高考)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率，开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓缓转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像，如此观察，当玻璃砖转到图中虚线第18页/共46页位置时，上述现象恰好消失

8、，此时只须测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的测量量表示出折射率n=_.【规范解答】若半圆形玻璃砖转过角时在半圆形玻璃砖直径一侧恰好看不到P1、P2的像，那么此时恰好发生了全反射，作出如图所示的光路图，则过P1、P2的光线在玻璃砖内的入射角为，在空气中折射角为90，根据折射定律得 ，只要测出，就能求出玻璃砖的折射率.答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度 sin901nsinsin1sin第19页/共46页 实验数据处理方法的考查【典例2】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

9、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.如图所示.第20页/共46页(1)在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=_.第21页/共46页【规范解答】(1)如图所示，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.第22页/共46页(2)由折射定律有n= 因为作图时量得OG=OE，所以玻璃的

10、折射率为n= .因此需要测量线段EF和GH的长.(3)计算折射率的公式是n= .答案：(1)见规范解答 (2)线段EF和GH的长(3) 12EFsinOEGHsinOGEFGHEFGHEFGH第23页/共46页1.如图所示，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=_，有一位同学把大头针插在P1、P2位置时，沿着P4、P3的方向看不到大头针的像，其原因是_.第24页/共46页【解析】由题图知过P1、P2的光线在玻璃砖内的入射角为30，在空气中折射角为60，由折射定律n= 可得n=1.73，经过P1P2的光线在界面MN处

11、的入射角是60，大于临界角，发生了全反射，因此沿着P4、P3的方向看不到大头针的像.答案：1.73 经过P1P2的光线在界面MN处发生了全反射sinisinr第25页/共46页2.如图所示，利用某种折射率较大的透光物质制成直角三棱镜ABC，在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2，在AB面的左侧通过棱镜观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像被P2的像挡住，再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，记下P3、P4和三棱镜的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、P4作直线与AB面交于D，量出该直线与AB面的夹角为45，则

12、透光物质的折射率n=_.第26页/共46页【解析】由于光在界面BC处发生反射，依题意作光路图如图所示，由几何关系可知光在D处射出时，入射角是30，折射角是45，据折射定律得n= .2第27页/共46页答案： 2第28页/共46页3.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的像，并在圆周上插上

13、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：第29页/共46页(1)若AOF=30，OP3与OC的夹角为30，则P3处所对应的折射率的值为_.(2)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率值应为_.(3)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大？答：_.第30页/共46页【解析】本题考查利用插针法测定液体的折射率和对折射率的理解.(1)根据折射定律n= ,题中i=60,r=AOF=30,所以n= =1.73.(2)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

14、应为1.(3)图中P4对应的出射角大于P3所对应的出射角,所以P4位置处对应的折射率大.答案：(1)1.73 (2)1 (3)P4处对应的折射率大sinisinrsin60sin30第31页/共46页4.某同学在测一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时，先在白纸上画一与圆形玻璃同半径的圆，圆心为O，将圆形玻璃平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合.在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2,在另一侧按正确方法再插两枚大头针P3和P4，移去大头针和圆形玻璃后，得到图形如图所示.第32页/共46页(1)从P3和P4一侧观察时，P1、P2、P3、P4应满足的关系为_；(2)完成光路图，并标明入射光线、玻璃内传播的光

15、线、出射光线；(3)用和表示出光线从玻璃射入空气时的入射角和折射角，并用它们表示出玻璃的折射率为_.第33页/共46页【解析】(1)从P3和P4一侧观察，P3、P4和P1、P2的像应在一条直线上.(2)连接P1、P2作为入射光线，延长至玻璃界面交点为入射点M；连接P3、P4作为出射光线，反向延长至玻璃界面交点为出射点N；连接M、N即为玻璃内传播的光线如图所示.第34页/共46页(3)连接O、N，所作的直线是过出射点N点的界面法线，则入射角和折射角如图所示.由折射定律得：n= .答案：(1)P3、P4和P1、P2的像应在一条直线上(2)见解析图 (3)sinsinsinsin第35页/共46页5

16、.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为分界面，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.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_.第36页/共46页【解析】OC是折射光线，折射角为DOC，入射角为BOA，则n= ，因此需用刻度尺测量

17、l1和l3.答案：l1和l3 n=13siniABsinrCDll13ll第37页/共46页6.在做测定玻璃折射率的实验时:(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面ab和cd，但在做插针实验观察前不慎将玻璃砖向ab方向平移了一些，如图甲所示，其后的操作都正确，但在画光路图时，把入射光线和出射光线分别延长到ab、cd上找到交点O、O画出折射光线，他测得的玻璃折射率n值将_.(2)乙同学为了避免笔尖接触玻璃砖表面，画出的两条直线ab和cd都比玻璃砖的实验侧面向外平移了一些如图乙所示，其他操作都正确，画光路图时他也以ab和cd直线为标准找出两个交点O、O，连成折射光线OO以后再进行测量和计算，他测

18、出的玻璃折射率n值将_.第38页/共46页(3)丙同学在实验、操作、画图各方面都正确，只是所用的玻璃砖的两个侧面明显不平行如图丙所示，他测出的玻璃折射率n值将_.第39页/共46页【解析】(1)甲同学在画好玻璃砖的两条界面线ab、cd以后，在插针观察实验时把玻璃砖向上平移了一小段距离，但是ab、cd之间的距离和被测玻璃砖两个侧面距离相等，所以入射光线和出射光线的方向没有改变，使得画出的在玻璃砖内的折射光线的方向也没有改变，得到的入射角和折射角的大小不变，因此测得的玻璃折射率n的值将保持不变，如图(a)所示.(2)乙同学画的两条界面线ab和cd之间的距离大于实际玻璃砖两个侧面之间的距离，使画出的

19、入射点向左移，而光线从玻璃砖射出的点向右移，使画出的折射角2比实际的折射角2大，如图(b)所示.由折射定律n= 算得的玻璃折射率将偏小.12sinsin第40页/共46页(3)丙同学所用玻璃砖两侧面不平行，由实验得到的入射光线和出射光线也不平行，只要实验、操作、画图都没有错误，同样能画出折射光线，确定入射角和折射角，如图(c)所示，测得的玻璃折射率n值不变.答案：(1)不变 (2)偏小 (3)不变第41页/共46页7.某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率，他的操作步骤如下:A.用刻度尺量出半圆形玻璃砖的直径D，算出半径r=D/2，然后确定圆心的位置，记在玻璃砖上.B.在白纸上画一条直线作为入射

20、光线，并在入射光线上插两枚大头针P1和P2.C.让入射光线跟玻璃砖直径垂直，入射点与圆心O重合，如图所示.第42页/共46页D.以圆心O为轴，缓慢逆时针转动玻璃砖，同时调整视线方向，恰好看不到P2和P1的像时，停止转动玻璃砖，然后沿半圆形玻璃砖直径画一条直线AB，如图所示.(1)该同学利用白纸上描下的P1O和AB两条直线，可算出该玻璃的折射率n，他的根据是什么?(2)如何在图上用刻度尺和圆规作图，求出该玻璃的折射率n.第43页/共46页【解析】(1)他的根据是光的全反射.(2)作直线AB的法线OC，此时COD是临界角，用刻度尺测CD线段的长，则有：n= .答案：见解析1OCrDsinCCDCD2CD第44页/共46页第45页/共46页