实验 测定玻璃的折射率(可编辑ppt)

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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。
考点突破
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考点一 实验原理和实验操作
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。
五、数据处理
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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
不同入射角时的 sin θ1 值,并取平均值。 sin θ2
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=
(2)若实验中该同学在y<0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到
P1、P2,为能透过玻璃砖看到P1、P2,应采取的措施是:
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答案 (1)偏大 (2)减小光线AO的入射角
解析 (1)折射率n= x2 ,若玻璃砖的底边aa'与Ox轴未重合而向y>0方向 x1
侧移了一些,导致测量的x2偏大,x1偏小,所以玻璃的折射率的测量值与真 实值相比偏大。 (2)在y<0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2,说明光线 AO在界面aa'上发生了全反射,应该减小光线AO的入射角。
率应为1。
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巩固训练
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P 2,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 (选填选项前的字母)。 A.P3只挡住P1的像 B.P4只挡住P2的像 C.P3同时挡住P1、P2的像
率为n= sin(90 θ1) = cosθ1 。 sin(90 θ2 ) cosθ2
(2)玻璃砖越宽,光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定,测量结果越准 确。故应选用宽度大的玻璃砖来测量。
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3.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大头针。
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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。
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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。
(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 α 。 sin β
根据几何关系,在图乙中有sinα= DE 、sin β= GF ;在图丙中有sin α= DE,
R
OG
R
sin β= GF ,可知能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率
R
ED
的是图丙,折射率n= ssiinn
(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应
选用宽度
(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
答案
sin(90
sin(90
θ1) θ2 )

或

cos θ1 cos θ2

(2)大
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解析 (1)据题意可知入射角为(90°-θ1),折射角为(90°-θ2),则玻璃的折射
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解析 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。
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2.某同学利用“插针法”测定玻璃砖的折射率,所用的玻璃砖两面平
行。正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示。
(1)此玻璃砖的折射率计算式为n=
(用图中的θ1、θ2表示)。
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表示入射光线。
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B.把半圆形玻璃砖M放在白纸上,使其底边aa'与x轴重合。 C.用一束平行于纸面的激光从y>0区域沿y轴负方向射向玻璃砖,并沿x 轴方向调整玻璃砖的位置,使这束激光从玻璃砖底面射出后,仍沿y轴负 方向传播。 D.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2。 E.在坐标系y<0的区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
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示),此圆与AO线的交点为B,与OP3线的交点为C。确定出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,这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比
。
(选填“偏大”“不变”或“偏小”)
sin sin
θ1 θ2
可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
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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
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置,如图所示,然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察,调整视线方 向,直到O点的像与M点的像重合,再在AB直线上插上大头针,使大头针 挡住M、O的像,记下大头针P的位置。
(1)请在原图上作出光路图; (2)计算玻璃砖的折射率的表达式为:n= 线段字母表示)。
答案 (1)图见解析 (2) OP
,题中θ1=∠EOP3= 2 -∠COP3=60°,θ2=
∠AOF=30°,所以n= sin 60≈1.73。
sin 30
(2)在折射角相同的情况下,图中P4对应的∠EOP4大于P3所对应的∠EOP
3,所以P4处对应的折射率大。
(3)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
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(1)若∠AOF=30°,OP3与OC之间的夹角为30°,则P3处刻的折射率的值为 。
(2)图中P3、P4两处,对应折射率大的是
。
(3)做AO的延长线交圆周于K,K处对应的折射率为
。
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答案 (1)1.73 (2)P4 (3)1
解析
(1)根据折射定律有n= sin θ1 sin θ2
考点二
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实验数据处理和误差分析
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例2 现要估测一矩形玻璃砖的折射率n,给定的器材有:待测玻璃砖、 白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。实验时,先将直尺的一 端O和另一点M标上两上明显的标记,再将玻璃砖平放在白纸上, 沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD,再将直尺正面紧贴玻璃 砖的左边缘放置,使O点与直线CD相交,并在白纸上记下点O、M的位
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(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 圆规做了一个以O为圆心,半径与玻璃砖相同的半圆(如图中虚线所 示)。请您帮这位同学算出玻璃砖的折射率,写出必要的计算过程。
AP
(2)由折射定律知,玻璃砖的折射率n= sin sin
i r
=
M 'P AP
= OP
M 'P
,又MP=M'P,故n=
OP 。
OP
MP
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变式2 某校开展研究性学习,某研究小组根据光学知识,设计了一个测 液体折射率的仪器。如图所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条相互垂 直的直径BC、EF。在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保 持位置不变。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,在圆周EC部分插上P3,使P3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 以直接读出液体折射率的值ED
FG
。
OG
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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 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 主要过程如下:
MP
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(用字母P和图中已知
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解析 (1)调整视线方向,当O点的像和M点的像重合时,从O点发出的光 线经玻璃砖折射后与从M点发出的光线经AB面反射后重合。在观察的 一侧插上大头针,使大头针挡住M、O的像,则大头针的位置为折射光线 射出玻璃砖的出射点和从M点发出的光线在AB面上的反射点,如图所 示。
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= ssiinnθθ12
或n= PN
QN
'
算出玻璃的折射率。
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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。
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
(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)。
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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。
θ1= OPNP
,sin
θ2= QONQ'
,又OP=OQ=R,则n= sin θ1 sin θ2
= PN
QN
'
,只要用刻度尺测出
PN、QN'的长度就可以求出n。
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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。
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
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
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(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
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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;
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实验 测定玻璃的折射率
一 实验目的
二 实验原理
基 三 实验器材
础 过
四 实验步骤
关 五 数据处理
六 注意事项
七 误差分析
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考 点 考点一 实验原理和实验操作 突 考点二 实验数据处理和误差分析 破
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一、实验目的
1.测定玻璃的折射率。