實(shí)驗(yàn)-測定玻璃的折射率課件

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．測定玻璃的折射率．2．學(xué)會用插針法確定光路．三、實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針、圖釘、量角器(或圓規(guī))、三角板、鉛筆．四、實(shí)驗(yàn)操作1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)如圖實(shí)－14－2所示，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的法線NN′.(3)畫出直線AO作為入射光線，

并在AO上插上P1、P2兩枚大頭針．(4)在白紙上放上玻璃磚，使其中一個長邊與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′.(5)通過玻璃磚觀察并調(diào)整視線方向，使P1的像被P2擋住，然后在觀察一側(cè)插上大頭針P3，使P3同時擋住P2、P1的像，再插上P4擋住P3及P2、P1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O′B及出射點(diǎn)O′，連接O、O′得線段OO′，則OO′即玻璃磚內(nèi)的折射光線．(7)用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.(8)改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)．記錄下每次的入射角θ1和折射角θ2.五、注意事項(xiàng)1．玻璃磚宜選寬度大些的，實(shí)驗(yàn)中玻璃磚的位置不要移動．用手拿玻璃磚時，只能接觸玻璃磚的毛面或棱，嚴(yán)禁用玻璃磚當(dāng)尺子畫界面．2．大頭針應(yīng)豎直插入，兩大頭針間距離宜大些．3．所選入射角不應(yīng)過大，否則在另一側(cè)看不清P1、P2的像；也不應(yīng)過小，否則測量誤差較大．4．用半圓形玻璃磚、三棱鏡也能完成此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)．5．由于要多次改變?nèi)肷浣侵貜?fù)實(shí)驗(yàn)，所以入射光線與出射光線要一一對應(yīng)．六、誤差分析1．入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差，故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針的間距應(yīng)大一些．2．入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測量的相對誤差．[例1]

如圖實(shí)－14－5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)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接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)．(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________，則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(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大”、“偏小”或“不變”)．[例2]

(2011·龍巖模擬)小明同學(xué)設(shè)計了一個用刻度尺測半圓形玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)(如圖實(shí)－14－6所示)，他進(jìn)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(biāo)出玻璃磚的圓心O、直徑AB、AB的法線OC.C．將玻璃磚放回白紙的原處，長直尺M(jìn)N緊靠A點(diǎn)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M(jìn)N的左右兩端均出現(xiàn)亮點(diǎn)，記下左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)距離x1，右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2.則(1)小明利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算玻璃折射率的表達(dá)式n＝________.(2)關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)以下說法正確的是________．A．在∠BOC的范圍內(nèi)，改變?nèi)肷涔釶O的入射角，直尺M(jìn)N上可能只出現(xiàn)一個亮點(diǎn)B．左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1一定小于右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2C．左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1一定大于右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2D．要使左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1增大，應(yīng)減小入射角(2)當(dāng)入射角大于等于臨界角時，發(fā)生全反射，則只有反射光線照射到MN上，所以MN上可能只出現(xiàn)一個亮點(diǎn)，故A項(xiàng)正確；由圖知，θ角大于α角，所以左側(cè)亮點(diǎn)到A的距離總是比右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離小，故B正確，C項(xiàng)錯誤；要想左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離增大，必須減小折射角，由折射率公式可知，要減小折射角，必須減小入射角，故D項(xiàng)正確．1．某同學(xué)做“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)時，用他測得的多組入射角i與折射角r作出sini－sinr圖象如圖實(shí)－14－8所示，下列判斷中正確的是

(

)A．他做實(shí)驗(yàn)時，研究的是光線從

空氣射入玻璃時的折射現(xiàn)象B．玻璃的折射率為0.67C．玻璃的折射率為1.5D．玻璃的臨界角的正弦值為0.67答案：ACD2．如圖實(shí)－14－9所示，用插針法測定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，以下各說法中正確的是(

)①P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度②P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些，可以提高準(zhǔn)確度③入射角i適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度④入射角太大，入射光線會在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射，使實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行⑤P1、P2的間距和入射角的大小均與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度無關(guān)A．①③B．②④C．③⑤

D．①④解析：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的入射光線和折射光線都是通過隔著玻璃磚觀察在一直線上后確定的，相互間的距離太小，容易出現(xiàn)偏差，①正確②錯誤．入射角適當(dāng)大些，相應(yīng)的折射角也增大，折射現(xiàn)象較明顯，容易測量些，③正確⑤錯誤．由于光通過玻璃磚時，各相關(guān)角度互相制約著，其出射角恒等于入射角，而對于入射的界面，光線是從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，折射角必小于入射角，當(dāng)入射角趨于最大值90°時，折射角也趨于最大值rmax，而對于出射的界面，在玻璃磚內(nèi)的折射光線的入射角最大值也只能為rmax，根據(jù)光路可逆原理，出射角最大值也趨于90°，即始終能透過玻璃磚看到入射光線，④錯．答案：A3．某同學(xué)用插針法測定玻璃磚的折射率，他的實(shí)驗(yàn)方法和操作步驟正確無誤．但他處理實(shí)驗(yàn)記錄時發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個界面aa′與bb′不平行，如圖實(shí)－14－10所示．則(

)A．AO與O′B兩條直線平行B．AO與O′B兩條直線不平行C．測出的折射率偏大D．測出的折射率不受影響答案：BD4．某校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組根據(jù)光學(xué)知識，設(shè)計了一個測液體折射率的儀器．如圖實(shí)－14－11所示，在一個圓盤上，過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF.在半徑OA上，垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變．每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進(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)域觀察P1、P2，在圓周EC部分插上P3，使P3擋住P1、P2的像．同學(xué)們通過計算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可以直接讀出液體折射率的值．(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC之間的夾角為30°，則P3處刻的折射率的值________．(2)圖中P3、P4兩處，對應(yīng)折射率大的是________．(3)做AO的延長線交圓周于K，K處對應(yīng)的折射率為________．答案：(1)1.73

(2)P4

(3)15．(2011·濟(jì)寧模擬)用“插針法”測定透明半圓柱玻璃磚的折射率，O為玻璃截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚的平面垂直，如圖實(shí)－14－12所示的四個圖中P1、P2、P3和P4是四位同學(xué)實(shí)驗(yàn)插針的結(jié)果．(1)在這四個圖中肯定把針插錯了的是__________________________________________________________________．(2)在這四個圖中可以比較準(zhǔn)確地測出折射率的是______．計算玻璃的折射率的公式是________．6．(2011·溫州模擬)一塊玻璃磚有兩個相互平行的表面，其中一個表面是鍍銀的(光線不能通過此表面)．現(xiàn)要測定此玻璃磚的折射率，給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4枚(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度的直角三角板、量角器．實(shí)驗(yàn)時，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個相互平行的表面與紙面垂直．在紙面上畫出直線aa′和bb′，aa′表示鍍銀的玻璃表面，bb′表示另一表面，如圖實(shí)－14－13所示．然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2(位置如圖)．用P1、P2的連線表示入射光線．(1)為了測量折射率，應(yīng)如何正確使用大頭針P3、P4?試在圖實(shí)－14－13中標(biāo)出P3、P4的位置．(2)然后，移去玻璃磚與大頭針．試在圖實(shí)－14－13中通過作圖的方法標(biāo)出光線從空氣到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2.簡要寫出作圖步驟．(3)寫出用θ1、θ2表示的折射率公式為n＝________.解析：(1)在bb′一側(cè)觀察P1、P2(經(jīng)過bb′折射、