高考物理总复习第59讲实验十二测定玻璃的折射率讲义word版本

第 59 讲实验十二测定玻璃的折射率
考情分析
观察内容考纲领求观察年份观察详情能力要务实验、研究：测
定玻璃的折射率
实验贮备一、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、实验器械
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
用插针法确立光路，找出跟入射线相对应的折射线；用量角器测进出射角i 和折射角
sini
r ；依据折射定律计算出玻璃的折射率n＝
sin γ
.
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 作为入射光辉，并过 O 点画出界面aa′的法线 NN′，以以下图；
个边3．把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个边跟
bb′；
aa′对齐，并画出玻璃砖的另一4．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，调整视野，要使P3能同
时挡住 P1和 P2的像；
6．相同地在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插上大头针P4，使 P4能挡住P3自己和 P1和P2的像；
7．记下 P3和 P4的地点，移去玻璃砖和大头针，过连接 OO′， OO′就是玻璃砖内的折射光辉，入射角P3和 P4作直线 O′B 与 bb′交于 O′，i ＝∠ NOA，折射角 r ＝∠ O′ ON′；
8．用量角度量进出射角和折射角的度数；
9．从三角函数表中查进出射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里；
10．用上边的方法分别求进出射角是30°、 45°、 60°时的折射角，查进出射角i
＝∠ NOA和折射角r ＝∠ O′ ON′的正弦值；
sini
11．算出不一样入射角时sin γ的值比较一下，看它们能否凑近一个常数，求出几次实
sini
验中所测sinγ的均匀值，这就是玻璃砖的折射率．
五、数据办理
数据办理的另一种方法：以以下图，以 O1为圆心以任意长为半径 ( 半径要尽可能长些约 10 cm) 画圆交入射光辉 AO1于 M点、交折射光辉 O1O于 P 点，过 M、 P作 NN′的垂线 MK、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.
PQ
六、偏差分析
偏差的主要本源：
1．确立入射光辉、出射光辉时的偏差．故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜
大点．
2．丈量入射角与折射角时的偏差．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，只好接触玻璃毛面或棱，禁止用玻璃砖当尺子画
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，以减小确立光路方向时造成的偏差；
4．玻璃砖的折射面要画准；
5．因为要多次改变入射角重复实验，所以入射光辉与出射光辉要一一对应编号省得
凌乱．
技术优化
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)在图中画出完好的光路图；
甲
乙
(2) 对你画出的光路图进行丈量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝ ________( 保留 3位有效数字 ) ；
(3)为了观察光在玻璃砖不一样表面的折射现象，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是同一入射光辉上的 2 枚大头针，其对应出
射光辉上的 2 枚大头针是P3和 ______( 选填“ A”或“ B” ) ．
【典型例题2】学校展开研究性学习，某研究小组的同学依据所学的光学知识，设
计了一个丈量液体折射率的仪器，以以下图．在一圆盘上，过其圆心O作两条相互垂直的直径 BC、 EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、 P2并保持 P1、 P2地点不变，每次丈量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，并且总使得与直径BC相平， EF 作为界面的法线，此后在图中右上方地域观察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，同学们经过计算，早先在圆周EC 部分刻好了折射率的值，这样只要依据P3
所插的地点，即可直接读出液体折射率的值，则：
(1) 若∠ AOF＝ 30°，OP3与 OC的夹角为 30°，则 P3地方对应的折射率的值为________ ．
(2)图中 P3、 P4两地点中 ______( 选填“ P3”或“ P4”) 地方对应的折射率大．
(3)作 AO的延长线交圆周于 K， K 地方对应的折射率值应为 ________．
(4) 若保持∠ AOF＝ 30°不变，用该装置能丈量的最大折射率的值不超出________．
【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 与玻璃砖地点的关系分别如图①、②和③所示，此中甲、丙同学用
的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其余操作均正确，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对比________( 选填“偏大”、“偏小”或“不
变” ) ，乙同学测得的折射率与真实值对比________( 选填“偏大”、“偏小”或“不
变” ) ，丙同学测得的折射率与真实值对比________．
当堂检测 1. 以以下图，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确立入射光辉，并让入射光辉过圆心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分别是入射光辉、折射光辉与圆的交点，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 l 1， AO的长度为 l 2， CD的长度为 l 3， DO的长度为 l 4，为较方便地
表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺丈量________，则玻璃砖的折射率可表示为________．
(2)该同学在插大头针 P3前不当心将玻璃砖以 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，以以下图．实验的主要过程以下：
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
示入射光辉．
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y＞ 0 地域沿 y 轴负方向射向玻璃砖，并沿x轴方向调整玻璃砖的地点，使这束激光从玻璃砖底面射出后，仍沿y 轴负方向流传．D．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、 P2.
E．在座标系y＜0的地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. 确立出 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 y＞ 0 方向侧移了
一些，这将以致所测的玻璃折射率与其真实值对比 ________． ( 选填“偏大”、“不变”或
“偏小” )
(2) 若实验中该同学在y＜0 的地域内，从任何角度都没法透过玻璃砖看到P1、P2，为能透过玻璃砖看到P1、P2，应采取的措施是：________________________________________________________________________.
3．某同学丈量玻璃砖的折射率，准备了以下器械：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀
有反射膜的平行玻璃砖．以以下图，直尺与玻璃砖平行搁置，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cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝cm，玻璃砖厚度d2＝cm.玻璃的折射率n＝ ________，光在玻璃中流传速度v＝ ________m/ s( 光在真空中流传速度c＝ 3.0 × 108m/ 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
射率技术优化
·典型例题 1· (1 ) 以以下图 (2)1.51( ±0.0 3 均可 ) (3) A【分析】 (1) 完好的光路图以以下图．
sini
(2)用量角器测进出射角 i 与折射角 r ，依据折射率 n＝sinr得出结果；也许利用坐标
纸联合入射角和折射角画两个直角三角形，而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，光辉 1 2 入射到玻璃砖上时，相当于光辉射到了一个三棱镜上，
P P
所以出射光辉将向底边偏折，所以出射光辉过P 和 B. P 和 A 的连线与玻璃砖没交点．
33
·典型例题 2·(1) 3(2) P (3)1(4)2
4
sin α
【分析】(1) OP3与OC的夹角为 30°，则入射角为60°，依据折射率定律n＝sinβ＝3；(2) P4地点的入射角大，在折射角必定的状况下，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，为所能丈量最大折射率，
故为 2.
·典型例题3·(1 ) 偏小(2) 不变(3) 偏小
【分析】如图①测定折射率时，折射角增大，则折射率减小；
用图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状没关；
用图③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l3
l1
(2) 偏大【分析】(1)sin θ1＝
l1
＝
l3
n＝，sin θ2，所以玻璃l3BO BO
l1
sin θ 1 BO l1
的折射率 n＝sinθ2＝l3＝l3，所以只要丈量 l 1 和l 3 即可．(2)当玻璃砖顺时针转过一个
BO
小角度时，在办理数据时，以为l 1是不变的，即入射角不变，而l 3减小，所以丈量值n l1
＝l3将偏大．
2． (1) 偏大 (2) 减小光辉的入射角
AO
y2
【分析】(1) 折射率n＝y1，玻璃砖的底边aa′与 Ox轴未重合而向 y＞0方向侧移了一些，以致丈量的 y2偏大， y1偏小，所以玻璃的折射率的丈量值与真实值对比偏大；
(2) 在y＜0 的地域内，从任何角度都没法透过玻璃砖看到P1、 P2，说明光辉AO在界面 aa′上发生了全反射．应当减小光辉AO的入射角．
3． 2.5 ×10 8【分析】作出光路图以以下图，依据几何知识可得入射角i＝
sini c8
45°，折射角r＝ 37°，故折射率n＝sinr≈，故 v＝n＝×10m/s.
第 3 题图选修3－5。