實(shí)驗(yàn)探究課15測定玻璃的折射率第十三章內(nèi)容索引0102強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分研考點(diǎn)精準(zhǔn)突破強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定玻璃的折射率,掌握光發(fā)生折射的入射角和折射角的確定方法。2.實(shí)驗(yàn)原理用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線O'B,確定出O'點(diǎn),畫出折射光線OO',然后測量出角θ1和θ2,根據(jù)n=計(jì)算玻璃的折射率。

θ1為空氣中的角,θ2為玻璃中的角3.實(shí)驗(yàn)器材白紙、圖釘、大頭針、刻度尺、鉛筆、量角器、平木板、長方形玻璃磚。4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)鋪白紙、畫線①如圖所示,將白紙用圖釘按在繪圖板上,先在白紙上畫出一條直線aa'作為界面,過aa'上的一點(diǎn)O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為入射光線。②把平行玻璃磚平放在白紙上,使它的長邊跟aa'對齊,畫出玻璃磚的另一條長邊bb'。(2)插針與測量①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2,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擋住,再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P1、P2的像及P3,記下P3、P4的位置。P3、P4連線即為光線AO的出射光線②移開玻璃磚連接P3、P4并延長交bb'于O',連接OO'即為折射光線,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'。③用量角器測出入射角和折射角,查出它們的正弦值。④改變?nèi)肷浣铅?,重復(fù)實(shí)驗(yàn),記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù)。5.數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算法:計(jì)算每次折射率n,求出平均值

。(2)圖像法(如圖甲所示)(3)單位圓法(如圖乙所示)6.誤差分析(1)入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差,故在入射側(cè)和出射側(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。入射角應(yīng)適當(dāng)大一些,可以減小測量的相對誤差。易錯(cuò)辨析·判一判(1)做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上。(

√

)(2)做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)時(shí),入射角越大越好。(

×

)(3)做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)把玻璃磚界面當(dāng)作尺子直接畫界線。(

×

)研考點(diǎn)精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作典例1.某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),所用器材有:玻璃磚、大頭針、刻度尺、圓規(guī)、筆、白紙。(1)下列措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度的有

;

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)在插針法測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,使用兩光學(xué)面間距大的玻璃磚能更準(zhǔn)確地確定玻璃磚內(nèi)光線的位置,有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差,而兩光學(xué)面是否平行對測量折射率沒有影響,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;插針時(shí)要求后插的針擋住先插的針或先插的針的像,故選用細(xì)一點(diǎn)的大頭針能更準(zhǔn)確地確定光線位置,提高實(shí)驗(yàn)精確度,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中是根據(jù)同側(cè)兩枚大頭針的連線來確定入射光線或出射光線,故距離大些更好,選項(xiàng)D正確。

(2)由題圖可知實(shí)驗(yàn)使用的是平行玻璃磚,故出射光線應(yīng)該與入射光線平行,選項(xiàng)A出射光線與入射光線在同一直線上,選項(xiàng)B、C中出射光線與入射光線不平行,故只有選項(xiàng)D正確。對點(diǎn)演練1.在“測定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中。(1)小朱同學(xué)在實(shí)驗(yàn)桌上看到方木板上有一張白紙,白紙上有如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)器材,他認(rèn)為除了缺刻度尺還少了一種器材,請你寫出所缺器材的名稱:

。老師將器材配齊后,該同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),圖乙是他在操作過程中的一個(gè)狀態(tài),第四枚大頭針應(yīng)在圖乙中的位置

(選填“A”“B”或“C”)。(2)小紅同學(xué)利用方格坐標(biāo)紙測定玻璃的折射率,如圖丙所示,AO是畫在紙上的直線,她在直線AO適當(dāng)位置豎直插上P1、P2兩枚大頭針,放上半圓形玻璃磚,使其圓心與O重合,然后插上P3、P4兩枚大頭針,以確定折射光線。其中她確定P3大頭針位置的方法應(yīng)當(dāng)是

。操作完成后,她用圓規(guī)作了一個(gè)以O(shè)為圓心、半徑與玻璃磚半徑相同的半圓(如圖丙中虛線所示),則她測出玻璃的折射率n=

。

答案

(1)大頭針

B

(2)透過玻璃磚看,P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像

1.5解析

(1)實(shí)驗(yàn)器材還缺少大頭針;依據(jù)光的折射定律及玻璃磚上、下表面平行,那么出射光線與入射光線相互平行,因此第四枚大頭針應(yīng)在圖乙中的位置B處。(2)透過玻璃磚看,P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像。如圖所示,作出法線,過圓與入射光線、折射光線的交點(diǎn)分別作法線的垂線BB'和CC',由數(shù)學(xué)知識(shí)得,入射角和考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例2.用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí),先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚,在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2,然后在玻璃磚的另一側(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和P4,使P3擋住P1和P2的像,P4擋住P3以及P1和P2的像,在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓,如圖甲所示,其中O為兩圓弧圓心,圖中已畫出經(jīng)P1、P2點(diǎn)的入射光線。(1)在圖甲上補(bǔ)畫出光路以及入射角i和折射角r。(2)用所測物理量計(jì)算折射率的公式為n=

。

(3)為了保證在弧面CD得到出射光線,實(shí)驗(yàn)過程中,光線在弧面AB的入射角應(yīng)適當(dāng)

(選填“小一些”或“大一些”)。

(4)多次改變?nèi)肷浣?測得幾組入射角和折射角,根據(jù)測得的入射角和折射角的正弦值,畫出了如圖乙所示的圖像,由圖像可知該玻璃磚的折射率n=

。

解析

(1)連接P3、P4與CD交于一點(diǎn),此交點(diǎn)即為光線從玻璃磚中射出的位置,由于P1、P2的連線與AB的交點(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚的位置,連接兩交點(diǎn)即可作出玻璃磚中的光路,如圖所示。(3)為了保證能在弧面CD上有出射光線,實(shí)驗(yàn)過程中,光線在弧面AB上的入射角應(yīng)適當(dāng)小一些,才不會(huì)使光線在CD面上發(fā)生全反射。對點(diǎn)演練2.某小組用“插針法”測平行玻璃磚的折射率,如圖所示,已確定好入射方向AO與玻璃磚界面aa'的夾角為α,插了兩枚大頭針P1和P2,1、2、3、4分別是四條直線。(1)在bb'側(cè)調(diào)整觀察視線,另兩枚大頭針P3和P4可能插在

(選填“1”“2”“3”或“4”)線上;

(2)實(shí)驗(yàn)中畫出入射點(diǎn)與出射點(diǎn)的連線,并測得連線與玻璃磚界面aa'的夾角為β,則玻璃的折射率n=

;

(3)若描出