（高中物理）實(shí)驗(yàn)十四　測定玻璃的折射率

1、實(shí)驗(yàn)十四測定玻璃的折射率考綱解讀1.學(xué)會用插針法確定光路.2.會用玻璃磚和光的折射定律測定玻璃的折射率根本實(shí)驗(yàn)要求1實(shí)驗(yàn)原理如原理圖甲所示，當(dāng)光線ao1以一定的入射角1穿過兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過插針法找出跟入射光線ao1對應(yīng)的出射光線o2b，從而求出折射光線o1o2和折射角2，再根據(jù)n或n算出玻璃的折射率2實(shí)驗(yàn)器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆3實(shí)驗(yàn)步驟(1)用圖釘把白紙固定在木板上(2)在白紙上畫一條直線aa，并取aa上的一點(diǎn)o為入射點(diǎn)，作過o點(diǎn)的法線nn.(3)畫出線段ao作為入射光線，并在ao上插上p1、p2兩根大頭針(4)在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊

2、與直線aa對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb.(5)眼睛在bb的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調(diào)整視線方向，使p1的像被p2的像擋住，然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針p3，使p3擋住p1、p2的像，再插上p4，使p4擋住p3和p1、p2的像(6)移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針p3、p4的針孔位置確定出射光線ob及出射點(diǎn)o，連接o、o得線段oo.(7)用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2.(8)改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)，算出不同入射角時(shí)的，并取平均值規(guī)律方法總結(jié)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算法：用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2.算出不同入射角

3、時(shí)的，并取平均值(2)作sin 1sin 2圖象：改變不同的入射角1，測出不同的折射角2，作sin 1sin 2圖象，由n可知圖象應(yīng)為直線，如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示，其斜率為折射率(3)“單位圓法確定sin 1、sin 2，計(jì)算折射率n.以入射點(diǎn)o為圓心，以一定的長度r為半徑畫圓，交入射光線oa于e點(diǎn)，交折射光線oo于e點(diǎn)，過e作nn的垂線eh，過e作nn的垂線eh.如實(shí)驗(yàn)原理圖丙所示，sin 1，sin 2，oeoer，那么n.只要用刻度尺量出eh、eh的長度就可以求出n.2本卷須知(1)用手拿玻璃磚時(shí)，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學(xué)面，嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫玻璃磚的另一邊bb.(2

4、)實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動(3)大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上，且玻璃磚每兩枚大頭針p1與p2間、p3與p4間的距離應(yīng)大一點(diǎn)，以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差(4)實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不宜過小，否那么會使測量誤差過大，也不宜過大，否那么在bb一側(cè)將看不到p1、p2的像考點(diǎn)一對實(shí)驗(yàn)操作的考查例1(·理綜·21)在“測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖1所示圖1圖2(1)在圖2中畫出完整的光路圖；(2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計(jì)算，求得該玻璃磚的折射率n_(保存3位有效數(shù)字)(3)為了觀測光在玻璃磚不同外表的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn)，經(jīng)正確操作插好

5、了8枚大頭針，如圖3所示圖中p1和p2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是p3和_(填“a或“b)圖3解析(1)分別連接玻璃磚兩側(cè)的大頭針?biāo)诘狞c(diǎn)并延長，與玻璃磚兩平行邊分別相交，標(biāo)出傳播方向，然后連接玻璃磚邊界的兩交點(diǎn)，即為光線在玻璃磚中的傳播方向光路圖如下列圖(2)設(shè)方格紙上正方形的邊長為1，光線的入射角為1，折射角為2，那么sin 10.798，sin 2所以該玻璃磚的折射率n(3)由題圖乙可知，光線p1p2入射到玻璃磚上時(shí)，相當(dāng)于光線射到了一個三棱鏡上，因此出射光線將向底邊偏折，所以出射光線過p3和a.答案(1)見解析圖(2)1.53(說明：±0.03

6、范圍內(nèi)都可)(3)a考點(diǎn)二對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的考查例2用三棱鏡做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插入兩枚大頭針p1和p2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使p1的像被p2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針p3、p4，使p3擋住p1、p2的像，p4擋住p3和圖4p1、p2的像，在紙上標(biāo)出的大頭針的位置和三棱鏡輪廓如圖4所示(1)在此題的圖上畫出所需的光路(2)為了測出棱鏡玻璃的折射率，需要測量的量是_，_，在圖上標(biāo)出它們(3)用(2)中所測物理量計(jì)算折射率的公式是n_.解析(1)光路圖如下列圖，畫出通過p1、p2的入射光線，交ac面于o，畫出通過p3、p4的出射光線交

7、ab面于o，連接oo，那么光線oo就是入射光線p1p2在三棱鏡中的折射光線(2)在所畫的圖上注明入射角1和折射角2，并畫出虛線局部，用量角器量出1和2(或用直尺測出線段ef、oe、gh、og的長度)(3)n(或因?yàn)閟in 1，sin 2，那么n)答案見解析例3學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識，設(shè)計(jì)了一個測量液體折射率的儀器，如圖5所示在一圓盤上，過其圓心o作兩條互相垂直的直徑bc、ef，在半徑oa上，垂直盤面插下兩枚大頭針p1、p2，并保持p1、p2位置不變，每次測量時(shí)讓圓盤的下半局部豎直進(jìn)入液體中，而且總使得液面與直徑bc相平，ef作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)圖5

8、域觀察p1、p2的像，并在圓周上插上大頭針p3，使p3正好擋住p1、p2的像，同學(xué)們通過計(jì)算，預(yù)先在圓周ec局部刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)p3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，那么：(1)假設(shè)aof30°，op3與oc的夾角為30°，那么p3處所對應(yīng)的折射率的值為_(2)圖中p3、p4兩位置哪一處所對應(yīng)的折射率的值大？答：_.(3)作ao的延長線交圓周于k，k處所對應(yīng)的折射率值應(yīng)為_解析(1)根據(jù)折射定律n，題中160°，2aof30°，所以n.(2)圖中p4對應(yīng)的入射角大于p3所對應(yīng)的入射角，所以p4對應(yīng)的折射率大(3)因a、o、k在一條直線

9、上，入射角等于折射角，所以k處對應(yīng)的折射率應(yīng)為1.答案(1)(2)p4處對應(yīng)的折射率的值大(3)11用兩面平行的玻璃磚測定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，已畫好玻璃磚界面aa和bb，假設(shè)不慎將玻璃磚向上平移了一些，放在圖6所示的位置上，而實(shí)驗(yàn)中其他操作均正確，那么測得的折射率將()a偏大 b偏小 c不變 d無法確定圖6答案c解析經(jīng)過玻璃磚的光路如圖中實(shí)線所示，由于所作的玻璃磚分界線不是實(shí)際的分界線，而是如圖中虛線所示，由幾何知識可知，測出的折射角與真實(shí)的折射角相同2.某同學(xué)做“測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，用他測得的多組入射角1與折射角2作出sin 1sin 2的圖象如圖7所示，以下判斷不正確的選項(xiàng)是()a他

10、做實(shí)驗(yàn)時(shí)，研究的是光線從空氣射入玻璃的折射現(xiàn)象圖7答案b解析由sin 1sin 2圖象可知，1.5>1，故光是從空氣射入玻璃的，入射角為1，a正確由折射率的定義知n1.5，c正確，b錯誤由臨界角定義知臨界角的正弦值sin c0.67，d正確3(·理綜·22(1)如圖8所示為光學(xué)實(shí)驗(yàn)用的長方體玻璃磚，它的_面不能用手直接接觸圖8在用插針法測定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個針孔的位置不同，分別為d、e兩點(diǎn)，如圖9所示計(jì)算折射率時(shí)，用_(填“d或“e)點(diǎn)得到的值較小，用_(

11、填“d或“e)點(diǎn)得到的值誤差較小圖9答案光學(xué)de解析實(shí)驗(yàn)用的光學(xué)玻璃磚的光學(xué)面不能用手接觸，以防止損壞其光學(xué)面如下列圖，連接cd、ce并延長分別交玻璃磚于o1、o2點(diǎn)，并連接oo1、oo2，入射角i相同，折射角ooo2<ooo1，由n得，折射角越大的，求得的折射率越小由圖可得，用d點(diǎn)得到的值較小，而ce與ab近似平行，故用e點(diǎn)得到的值誤差較小4.(··9(3)某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率開始玻璃磚的位置如圖10中實(shí)線所示，使大頭針p1、p2與圓心o在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心o緩慢轉(zhuǎn)動，同時(shí)在玻璃磚的直徑邊

12、一側(cè)觀察p1、p2的像，且p2的像擋住p1的像如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失此圖10時(shí)只須測量出_，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率請用你的測量量表示出折射率n_.答案玻璃磚直徑邊繞o點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度解析“p2擋住p1的像的現(xiàn)象恰好消失意味著剛好發(fā)生全反射現(xiàn)象，此時(shí)玻璃磚內(nèi)光線的入射角恰好等于臨界角c，玻璃磚轉(zhuǎn)過，入射光路的法線也轉(zhuǎn)過同樣的角度，入射角c.根據(jù)n得n.5如圖11所示，某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率，在平鋪的白紙上垂直紙面插上大頭針p1、p2確定入射光線，并讓入射光線過圓心o，在玻璃磚(圖中實(shí)線局部)另一側(cè)垂直紙面插大頭針p3，使p3擋住p1、p2的像，連接

13、op3.圖中mn為分界面，虛線半圓與玻璃磚對稱，b、c分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn)，ab、cd均垂直于法線并分別交法線于a、d點(diǎn)圖11(1)設(shè)ab的長度為l1，ao的長度為l2，cd的長度為l3，do的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量_，那么玻璃磚的折射率可表示為_(2)該同學(xué)在插大頭針p3前不小心將玻璃磚以o為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將_(填“偏大、“偏小或“不變)答案(1)l1和l3(2)偏大6如圖12所示，畫有直角坐標(biāo)系xoy的白紙位于水平桌面上m是放在白紙上的半圓形玻璃磚，其底面的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，直邊與x軸重合oa是畫在紙上的直線，

14、p1、p2為豎直地插在直線oa上的兩枚大頭針，p3是豎直地插在紙上的第三枚大頭針，是直線oa與y軸正方向的夾角，是直線op3與y軸負(fù)方向的夾圖12角只要直線oa畫得適宜，且p3的位置取得正確，測出角和，便可求得玻璃的折射率某學(xué)生在用上述方法測量玻璃的折射率時(shí)，在他畫出的直線oa上豎直地插上了p1、p2兩枚大頭針，但在y0的區(qū)域內(nèi)，不管眼睛放在何處，都無法透過玻璃磚看到p1、p2的像，他應(yīng)采取的措施是_假設(shè)他已透過玻璃磚看到p1、p2的像，確定p3位置的方法是_假設(shè)他已正確地測得了、的值，那么玻璃的折射率n_.答案另畫一條更靠近y軸正方向的直線oa，把大頭針p1、p2豎直地插在所畫的直線上，直到在y0區(qū)域透過玻璃磚能看到p1、p2的像豎直插上大頭針p3，使p3剛好能擋住p1、p2的像解析無法看到p1、p2的像是因?yàn)閛a光線的入射角過大，發(fā)生全反射的緣故p3能擋住p1、p2的像說明op3是oa的折射光線7測定玻璃等腰直角三棱鏡折射率的實(shí)驗(yàn)中，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針p1和p2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使p1的像被p2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針p3、p4，使p3擋