第五講　實(shí)驗(yàn)：測(cè)量玻璃的折射率

第五講實(shí)驗(yàn)：測(cè)量玻璃的折射率一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)畫出光路圖，用量角器量出入射角θ1和折射角θ2，計(jì)算折射率n＝

(1)固定：把白紙固定在平木板上(2)畫線：畫界面aa′和bb′，畫入射光AO(3)插針：讓P3擋住P1和P2的像，讓P4擋住P3本身和P1、P2的像(4)量角：畫出光路圖，測(cè)量出入射角θ1和折射角θ22．注意事項(xiàng)(1)玻璃磚要用厚度較大的。(2)入射角不宜過大或過小，一般控制在30°到60°之間。(3)大頭針要豎直插在白紙上，且距離應(yīng)適當(dāng)大一些。(4)玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線。3．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)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些。(2)入射角和折射角的測(cè)量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測(cè)量的相對(duì)誤差?？挤ㄒ粚?shí)驗(yàn)原理與操作1．某小組做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。(1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度________。A．選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C．選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D．插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn)，記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是________。(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點(diǎn)O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn)，再過A、B點(diǎn)作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點(diǎn)，如圖所示，則玻璃的折射率n＝________。(用圖中線段的字母表示)解析：(1)測(cè)玻璃的折射率關(guān)鍵是根據(jù)入射光線和出射光線確定在玻璃中的傳播光線，因此選用光學(xué)表面間距大的玻璃磚以及使插在玻璃磚同側(cè)兩枚大頭針的距離大些都有利于提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度，減小誤差；兩光學(xué)表面是否平行不影響折射率的測(cè)量，為減小誤差，應(yīng)選用細(xì)長的大頭針，故選項(xiàng)A、D正確，B、C錯(cuò)誤。

(2)由題圖可知，選用的玻璃磚兩光學(xué)表面平行，則入射光線與出射光線平行，B、C錯(cuò)誤；由光線在空氣中的入射角大于玻璃中的折射角，畫圖可知正確的圖為D。2．在用“插針法測(cè)定玻璃磚折射率”的實(shí)驗(yàn)中。(1)如圖1所示，甲同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中畫出平行玻璃磚的邊界①、入射光線②、折射光線③和出射光線④，下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)中畫這四條線的先后順序正確的是________。A．①②③④

B．②①③④C．①②④③

D．②①④③(2)“測(cè)定玻璃磚折射率”實(shí)驗(yàn)利用的原理是________。A．光的折射

B．光的干涉C．光的衍射

D．光的偏振(3)

乙同學(xué)在紙上畫出的界面ab、cd與矩形玻璃磚位置的關(guān)系如圖2所示，已知玻璃磚寬度與ab、cd間距相等，實(shí)驗(yàn)時(shí)將玻璃磚向下平移一小段距離，其他操作均正確，且以ab、cd為界面畫光路圖。則該同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________。A．偏大

B．偏小

C．不變

D．無法確定解析：(1)在用“插針法測(cè)定玻璃磚折射率”的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)先畫平行玻璃磚的邊界①，然后畫出法線，再畫出入射光線②，再畫出出射光線④，最后連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，畫出折射光線③，所以先后順序?yàn)棰佗冖堍?，故選C。(2)用插針法“測(cè)定玻璃磚折射率”的實(shí)驗(yàn)利用的原理是光的折射，故選A。(3)

根據(jù)題意作圖，如圖所示，通過作圖可知，入射角和折射角大小均沒有改變，故該同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比不變，故選C。答案：(1)C

(2)A

(3)C[關(guān)鍵點(diǎn)撥](1)玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的。(2)大頭針要插得豎直，且間隔要大些。(3)入射角不宜過大或過小，一般在30°～60°之間。(4)玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線。(5)實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚和白紙的相對(duì)位置不能改變。考法二數(shù)據(jù)處理與誤差分析3．(2022·重慶模擬)在“利用插針法測(cè)定玻璃磚折射率”的實(shí)驗(yàn)中。(1)甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個(gè)界面aa′和bb′后，不小心碰了玻璃磚使它向aa′方向平移了少許，如圖甲所示，則他測(cè)得的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。(2)乙同學(xué)在畫界面時(shí)，不小心將兩界面aa′、bb′間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖乙所示，則他測(cè)得的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。(3)某同學(xué)由于沒有量角器，在完成了光路圖以后，以O(shè)點(diǎn)為圓心，10.00cm長為半徑畫圓，分別交線段OA于A點(diǎn)，交O和O′連線的延長線于C點(diǎn)，過A點(diǎn)作法線NN′的垂線AB交NN′于B點(diǎn)，過C點(diǎn)作法線NN′的垂線CD交NN′于D點(diǎn)，如圖丙所示，用刻度尺量得OB＝8.00cm，CD＝4.00cm，由此可得出玻璃磚的折射率n＝________。解析：(1)如圖(a)所示，甲同學(xué)利用插針法確定入射光線、折射光線后，測(cè)得的入射角、折射角沒有受到影響，因此測(cè)得的折射率將不變。答案：(1)不變(2)偏小(3)1.54．(2022·濟(jì)寧五校聯(lián)考)做測(cè)量玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，同學(xué)們被分成若干實(shí)驗(yàn)小組，以下是其中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)情況：(1)甲組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)，用他們測(cè)得的多組入射角i與折射角r作出sini-sinr圖像如圖甲所示，則下列判定正確的是________。A．光線是從空氣射入玻璃的B．該玻璃的折射率約為0.67C．該玻璃的折射率約為1.5D．該玻璃置于空氣中時(shí)臨界角為45°(2)乙組同學(xué)先畫出圖乙所示的坐標(biāo)系，再在y＜0區(qū)域放入某介質(zhì)(以x軸為界面)，并通過實(shí)驗(yàn)分別標(biāo)記了折射光線、入射光線、反射光線通過的一個(gè)點(diǎn)，它們的坐標(biāo)分別為A(8cm,3cm)、B(1cm，－4cm)、C(7cm，－4cm)，則：①入射點(diǎn)O′(圖中未標(biāo)出)的坐標(biāo)為__________；②通過圖中數(shù)據(jù)可以求得該介質(zhì)的折射率n＝__________。[關(guān)鍵點(diǎn)撥](1)無論什么形狀的玻璃磚，只要確定了光線從玻璃磚上的入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，就能確定折射光線。(2)利用圖像法求解折射率可以減小實(shí)驗(yàn)誤差。

[例1]

(2022·青島五校聯(lián)考)某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率。開始玻璃磚的位置如圖中實(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(dòng)，同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(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。此時(shí)只需測(cè)量出哪些物理量，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率。請(qǐng)用你測(cè)量的量表示出折射率。[解題指導(dǎo)]創(chuàng)新點(diǎn)分析儀器的創(chuàng)新由平行玻璃磚變?yōu)榘雸A形玻璃磚。原理的創(chuàng)新由利用光的折射定律變?yōu)槔霉獾娜瓷錅y(cè)量折射率。幾何關(guān)系的創(chuàng)新根據(jù)幾何關(guān)系判斷玻璃磚轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與全反射臨界角的大小關(guān)系。[例2]

通過動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生們提高對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的理解和應(yīng)用能力。如圖所示，一個(gè)學(xué)生用廣口瓶和刻度尺測(cè)定水的折射率，請(qǐng)?zhí)顚懴率鰧?shí)驗(yàn)步驟中的空白。(1)用刻度尺測(cè)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(即圖中A點(diǎn))，同時(shí)看到水面上B點(diǎn)刻度的像B′恰與A點(diǎn)的像重合，若水面恰與直尺的C點(diǎn)相平，則________和________