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1、實驗15測定玻璃的折射率,一 實驗目的,三 實驗器材,四 實驗步驟,五 數(shù)據(jù)處理,教材研讀,六注意事項,七 誤差分析,二 實驗原理,考點一 實驗原理與實驗操作,考點二 實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析,考點三 實驗拓展與實驗創(chuàng)新,考點突破,一、實驗目的,教材研讀,1.測定玻璃的折射率。,2.學會用插針法確定光路。 二、實驗原理 如圖所示,當光線AO以一定的入射角1穿過兩面平行的玻璃磚時,通過插針法找出跟入射光線AO對應的出射光線OB,從而確定折射光線OO和折射角2,再根據(jù)n=或n=算出玻璃的折射率。,三、實驗器材 玻璃磚、白紙、木板、大頭針(四枚)、圖釘(四枚)、量角器(或圓規(guī))、三角板(或直尺)、鉛筆
2、。,四、實驗步驟,1.首先把白紙鋪在木板上并用圖釘將白紙固定; 2.在白紙上畫一直線aa作為界面,過aa上的一點O畫出界面的法線NN,并畫一條線段AO作為入射光線。 3.把長方體玻璃磚放在白紙上,并使其長邊與aa重合,再用直尺畫出玻璃磚的另一邊bb。 4.在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。,5.從玻璃磚bb一側透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線的方向直到P1的像被P2的像擋住。再在bb一側插上兩枚大頭針P3、P4,使P3能擋住P1、P2的像,P4能擋住P3本身及P1、P2的像。 6.移去玻璃磚,在拔掉P1、P2、P3、P4四枚大頭針的同時分別記下它們的位置,過P3、P4作直
3、線OB交bb于O。連接 O、O,OO就是玻璃磚內(nèi)折射光線的徑跡。 AON為入射角,OON為折射角。 7.改變?nèi)肷浣?重復實驗。,3.“單位圓法”確定sin 1、sin 2,計算折射率n 以入射點O為圓心,以一定長度R為半徑畫圓,交入射光線AO于P點,交折射光線OO于Q點,過P作CD的垂線PN,過Q作CD的垂線QN,如圖所示,則sin 1=,sin 2=,又OP=OQ=R,則n==,只要用刻度尺測出 PN、QN的長度就可以求出n。,六、注意事項,1.實驗時,應盡可能將大頭針豎直插在紙上,且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O之間距離要稍大一些。 2.入射角1不宜太大(接近90),也
4、不宜太小(接近0)。太大,則反射光較強,折射光較弱;太小,則入射角、折射角測量的誤差較大。 3.操作時,手不能觸摸玻璃磚的光潔光學面,更不能把玻璃磚界面當尺子畫邊界線。 4.實驗過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。 5.玻璃磚應選用寬度較大的,宜在5 cm以上,若寬度太小,則測量誤差較大。,七、誤差分析,1.入射光線、出射光線確定的準確性造成誤差,故入射側、出射側所插兩枚大頭針間距應大一些。 2.入射角和折射角的測量造成誤差,故入射角應適當大些,以減小測量誤差。,考點一實驗原理與實驗操作,考點突破,例1如圖甲所示,在測量玻璃折射率的實驗中,兩位同學先在白紙上放好截面是正三角形ABC的三棱鏡
5、,并確定AB和AC界面的位置。然后在棱鏡的左側畫出一條直線,并在線上豎直插上兩枚 大頭針P1和P2,再從棱鏡的右側觀察P1和P2的像。,(1)(多選)此后正確的操作步驟是 。 A.插上大頭針P3,使P3擋住P2的像 B.插上大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像 C.插上大頭針P4,使P4擋住P3的像 D.插上大頭針P4,使P4擋住P1、P2的像和P3 (2)正確完成上述操作后,在紙上標出大頭針P3、P4的位置(圖中已標出)。為測量該種玻璃的折射率,兩位同學分別用圓規(guī)及刻度尺作出了完整光路和若干條輔助線,如圖乙、丙所示。能夠僅通過測量ED、FG,的長度便可正確計算出折射率的是圖 (填“乙”或“丙
6、”),所測玻璃折射率的表達式n=(用代表線段長度的字母ED、FG表示)。,答案(1)BD(2)丙,解析(1)插P3、P4時,正確的操作步驟是:插上大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像;插上大頭針P4,使P4擋住P1、P2的像和P3。B、D正確。 (2)設入射角為,折射角為,輔助圓半徑為R,根據(jù)折射定律有n=。 根據(jù)幾何關系,在圖乙中有sin =、sin =;在圖丙中有sin =, sin =,可知能夠僅通過測量ED、FG的長度便可正確計算出折射率 的是圖丙,折射率n===。,方法技巧 測量玻璃的折射率,無論是使用平行玻璃磚、三棱鏡,還是使用圓柱形玻璃磚,測量方法和測量結果都相同。如果測量時玻璃
7、磚發(fā)生了微小移動,則測量結果會出現(xiàn)偏差。,變式1如圖所示是利用插針法測定玻璃折射率的實驗得到的光路圖,玻璃磚的入射面AB和出射面CD并不平行,則 (1)出射光線與入射光線 (填“仍 平行”或“不再平行”)。 (2)以入射點O為圓心,以R=5 cm長度為半徑 畫圓,與入射光線PO交于M點,與玻璃中折射光線的延長線OQ交于F點, 過M、F點分別向法線作垂線,量得MN=4.2 cm,FE=2.8 cm,則測得該玻璃 的折射率為 。,例2在“測定玻璃的折射率”實驗中 (1)某同學在畫玻璃磚邊界時操作如圖甲所示,請指出其不當之處: (寫出一點即可)。 (2)實驗中,已畫好玻璃磚邊界ab、cd
8、后,不小心誤將玻璃磚向上稍平移了一點,如圖乙所示,其他操作正確,則測得玻璃的折射率將 (選 填“變大”、“不變”或“變小”)。,答案(1)用手觸摸光學面(或拿玻璃磚當尺子用)(2)不變,考點二實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析,例3在測定玻璃的折射率實驗時 (1)下列說法正確的是 。 A.入射角越大,誤差越小 B.在白紙上放好玻璃磚后,用鉛筆貼著光學面畫出界面 C.實驗時即可用量角器,也可用圓規(guī)和直尺等工具進行測量 D.判斷像與針是否在同一直線時,應該觀察大頭針的針帽,(2)小時同學在插針時玻璃磚的位置如圖1所示。根據(jù)插針與紙上已畫的界面確定入射點與出射點,依據(jù)上述操作所測得的折射率 (填“偏大”、“
9、偏小”或“不變”),(3)小明同學經(jīng)正確操作后,在紙上留下四枚大頭針的位置P1、P2、P3、P4,AB和CD是描出的玻璃磚的兩個邊,如圖2所示,請畫出光路圖。,答案(1)C(2)偏小(3)如圖所示,解析(1)本實驗中入射角過大會導致反射光較強,折射光較弱,A錯誤;用鉛筆貼著光學面畫界面可能會損壞光學面,B錯誤;求折射率可以通過畫圖,將角度的正弦之比轉化為對邊之比,C正確;在觀察時應觀察大頭針的針尖,D錯誤。 (2)從題圖1中可知玻璃磚發(fā)生傾斜,則所測定的入射角和折射角都變大,根據(jù)折射定律n=,兩角度都變大,根據(jù)數(shù)學知識可知n=<,故測定的折射率偏小, (3)連接P1、P2,確定入射點,連接P3
10、、P4,確定出射點,再連接入射點和出射點并標上箭頭。,例4如圖所示,某同學利用方格坐標紙測定半圓形玻璃磚的折射率,OA是畫在紙上的直線,他在直線OA適當位置先后豎直插上P1、P2兩枚大頭針,如圖放上玻璃磚(如粗黑線所示),然后插上P3、P4兩枚大頭針。,(1)其中他確定P3大頭針位置的方法應當是 。 (2)若該同學實驗操作規(guī)范準確,其記錄的情況如圖所示。該同學還用圓規(guī)畫了一個以O為圓心,半徑與玻璃磚半徑相同的半圓(如圖中虛線所示)。請算出玻璃磚的折射率n= 。 (3)該同學在插大頭針P3前不小心將玻璃磚繞圓心順時針轉過一小角度,由此測得玻璃磚的折射率將 (選填“偏大”、
11、“偏小”或“不變”)。,,考點三實驗拓展與實驗創(chuàng)新,例5某同學設計了一個用刻度尺測半圓形玻璃磚折射率的實驗,如圖所示,他進行的主要步驟是: A.用刻度尺測玻璃磚的直徑AB的大小d; B.先把白紙固定在木板上,將玻璃磚水平放 置在白紙上,用筆描出玻璃磚的邊界,將玻璃 磚移走,標出玻璃磚的圓心O、直徑AB以及AB的法線OC;,C.將玻璃磚放回白紙的原處,長直尺MN緊靠A點并與直徑AB垂直放置; D.調(diào)節(jié)激光器,使PO光線從玻璃磚圓弧面沿半徑方向射向圓心O,并使長直尺MN的左右兩端均出現(xiàn)亮點,記下左側亮點到A點的距離s1,右側亮點到A點的距離s2。則: (1)該同學利用實驗數(shù)據(jù)計算玻璃磚折射率的表達
12、式為n= 。 (2)該同學在實驗過程中,發(fā)現(xiàn)直尺MN上只出現(xiàn)一個亮點,他應該采取的措施是 。,例6實驗可提高學生們對物理實驗的理解和應用能力。如圖所示,一個學生用廣口瓶和刻度尺測定水的折射率, 請?zhí)顚懴率鰧嶒灢襟E中的空白。 (1)用刻度尺測出廣口瓶瓶口內(nèi)徑d。 (2)在瓶內(nèi)裝滿水。 (3)將刻度尺沿瓶口邊緣豎直插入水中。 (4)沿廣口瓶邊緣向水中刻度尺正面看去,若恰能看到刻度尺的0刻度線(即圖中A點),同時看到水面上B點刻度線的像B恰與A點的像相重合,如,圖,若水面恰與直尺的C點相平,則 和 分別等于入射角和折射角 (5)讀出 和 的長度。 (6)由題中所給條件和前面步驟得到的數(shù)據(jù),可以計算水的折射率n= 。,
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