高考物理实验-测定玻璃的折射率

测定玻璃的折射率
知识元
测定玻璃的折射率
知识讲解
一、实验目的
测定玻璃的折射率．
二、实验原理
折射率公式n=．
三、实验器材
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔．
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′．
3．把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一条边跟aa′对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb′．
4．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、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、P2的像．
7．记下P3、P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3、P4画直线O′B与bb′交于O′点，连接OO′，OO′就是玻璃砖内的折射光线的方向，入射角θ1=∠AON，折射角θ2=∠O′ON′．8．用量角器量出入射角θ1和折射角θ2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．用上面的方法分别作出入射角是30°、45°、60°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记在表格里．
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，这就是玻璃的折射率．
12．也可用如下方法求折射率n．
用圆规以O为圆心，任意长为半径画圆，交入射线于P点，交折射线于Q点；过P作法线的垂线，交于N，过Q作法线的垂线，交于N′；用刻度尺分别测出PN和QN′之长，则
n=．
五、注意事项
1．用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面．严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的两个边aa′、bb′．
2．实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动．
3．大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两枚大头针P1和P2间、P3和P4间的距离应尽量大一些，以减少确定光路方向时造成的误差．
4．实验时入射角不宜过小，否则会使入射角和折射角的值偏小，增大测量误差；入射角也不宜过大，否则在bb′一侧要么看不到P1、P2的虚像，要么看到P1、P2的像模糊不清，并且变粗，不便于插大头针P3、P4．
例题精讲
测定玻璃的折射率
例1.
某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。

①下列哪些措施能够提高实验准确程度____。

A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是___。

③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n=__。

（用图中线段的字母表示）
例2.
做测定玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况：
（1）甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sini-sinr图象如图甲所示，则下列判定正确的是____
A．光线是从空气射入玻璃的
B．该玻璃的折射率约为0.67
C．该玻璃的折射率约为1.5
D．该玻璃置于空气中时临界角约为45°
（2）乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y<0区域放入某介质（以x轴为界面），并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A（8，3）、B（1，-4）、C（7，-4），则：
①入射点O′（图中未标出）的坐标为_______；
②通过图中数据可以求得该介质的折射率n=________。

例3.
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）为了保证在得到出射光线，实验过程中，光线在的入射角应适当_____（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象，由图象可知该玻璃的折射率n=_____。

例4.
如图1所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′．O为直线AO与aa′的交点。

在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。

①该同学接下来要完成的必要步骤有___；
A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像
B．插上大头针P4，使P4仅挡住P3和P1、P2的像
C．入射角过大，在上表面可能发生全反射
D．入射角过大，在下表面可能发生全反射
②过P3、P4作直线交bbˊ于Oˊ，过O′作垂直于bbˊ的直线NN，连接OO′．测量图1中角α和β的大小。

则玻璃砖的折射率n=________。

③如图2所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。

若其他操作正
确，图（甲）折射率的测量值____准确值；图（乙）折射率的测量值准确值____（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

例5.小周用插针法测定某种玻璃三棱镜的折射率，所作的光路图如图1所示，ABC为三棱镜的横截面，光线DO1、O2E分别为入射、出射光线，N1N2为法线，P1、P2、P3、P4为四枚大头针，θ为偏向角。

（1）根据图1求得这种玻璃的折射率为_____（结果保留两位有效数字）
（2）如图2是实验过程中的立体图，图中a和b是_______（填“大头针”或“大头针的像”）%%（3）换用折射率较小的玻璃三棱镜做实验，仍保证顶角BAC和入射角不变，那么偏向角将____（填“增大”、“减小”或“不变”）
例6.
如图甲所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′．O为直线AO与aa′的交点．在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。

（1）该同学接下来要完成的必要步骤有____
A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像
B．插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像
C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3
D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像
（2）过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′．测量图甲中角α和β的大小．则玻璃砖的折射率n=__．
（3）如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽．若其他操作正确，则折射率的测量值____准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（4）在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，玻璃折射率n，对实验中的一些具体问题，下列说法中正确的是_____
A．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些
B．如果在界面aa′光的入射角大于临界角，光将不会进入玻璃砖
C．不论光以什么角度从aa′射入，经一次折射后达到界面bb′都能射出
D．当光在界面aa′的入射角i=arctan时，反射光线跟折射光线恰好垂直．
例7.
在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，
（1）某同学由于没有量角器，在完成了光路以后，他以O点为圆心、10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交OO′连线延长线于C点，过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于点B，过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点，如图1所示．用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm．由此可得出玻璃的折射率n=_____．
（2）某同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图2所示，则该同学测得的折射率与真实值相比____（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．。