高考物理 测定玻璃的折射率

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五、数据处理
1.计算法 用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值 sin θ1和sin θ2。算出
sin θ sin θ2
不同入射角时的 1 值,并取平均值。
2.作sin θ1-sin θ2图像
改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2图像,由n= 1
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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。
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考点一 实验原理与实验操作
例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。
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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 的位置,过P3、P4作直线O'B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,∠O'ON'为折射角。 7.改变入射角,重复实验。
可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
sin θ sin θ2
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3.“单位圆法”确定sin θ1、sin θ2,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 θ1= ,sin θ2= ,又OP=OQ=R,则n= 1 = ,只要用刻度尺测出 PN、QN'的长度就可以求出n。
C.P3同时挡住P1、P2的像
答案 C P3应同时挡住P1、P2的像,P4应挡住P3本身和P1、P2的像,故选 项C正确。
B
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变式2 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图所示)。实验的
PN 或n= QN ' 算出玻璃的折射率。
sin θ1 sin θ2
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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(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。
甲 。
(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
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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 折射率的表达式n= (填“乙”或“丙”),所测玻璃
PN OP
QN ' OQ
sin θ sin θ2
PN QN '
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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。
2.入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。太大:反射光较强,
折射光较弱;太小: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。
(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。
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答案 (1)BD (2)丙
ED FG
解析 (1)由于在插P3、P4时,是通过棱镜观察P1和P2的像,则此后正确的 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。
sin α (2)设入射角为α,折射角为β,辅助圆半径为R,根据折射定律有n= sin β 。
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实验二
测定玻璃的折射率
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一、实验目的
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θ1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O'B,从而确定折射光线OO'和折射角θ2,再根据n=
根据几何关系,在图乙中有sinα= 、sin β= ;在图丙中有sin α= , sin β= ,可知能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率
ED sin α ED 的是图丙,折射率n= = OD = 。 sin β FG FG OG
DE R
GF OG
DE R
GF R
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方法技巧 测量玻璃的折射率,无论是使用平行玻璃砖、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。
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变式1 “测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好玻璃砖,aa'和bb'
分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图所示。在玻璃砖的一侧插上两 枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖 观察,并依次插上大头针P3和P4。在插P3和P4时,应使 C 的字母)。 A.P3只挡住P1的像 B.P4只挡住P2的像 (选填选项前