實(shí)驗(yàn)十四測(cè)量玻璃的折射率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)用“插針法”確定光路;2.學(xué)會(huì)用玻璃磚和光的折射定律測(cè)定玻璃的折射率.二、實(shí)驗(yàn)原理如圖所示,用插針法確定入射角和折射角,根據(jù)n=sinθ三、實(shí)驗(yàn)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.四、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(zhǎng)方體玻璃磚放在白紙上,并使其長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(shí)分別記下它們的位置,過P3、P4作直線O'B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,∠O'ON'為折射角.7.改變?nèi)肷浣?重復(fù)實(shí)驗(yàn).五、數(shù)據(jù)處理1.計(jì)算法用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角的sinθ1sin2.作sinθ1-sinθ2圖像改用不同的入射角θ1,測(cè)出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2圖像,由n=sinθ1sinθ3.“單位圓法”確定sinθ1、sinθ2,計(jì)算折射率n以入射點(diǎn)O為圓心,以一定長(zhǎng)度R為半徑畫圓,交入射光線AO于P點(diǎn),交折射光線OO'于Q點(diǎn),過P作CD的垂線PN,過Q作CD的垂線QN',如圖所示,則sinθ1=PNOP,sinθ2=QN'OQ,又OP=OQ=R,則n=sinθ1sin六、誤差分析1.實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)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θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°).太大:反射光較強(qiáng),折射光較弱;太小:入射角、折射角測(cè)量的誤差較大.3.操作時(shí),手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面,更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫邊界線.4.實(shí)驗(yàn)過程中,玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變.5.玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的,宜在5cm以上,若寬度太小,則測(cè)量誤差較大.1[2023·北京西城區(qū)模擬]在用“插針法”測(cè)量玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中:(1)在“用兩面平行的玻璃磚測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)中,其實(shí)驗(yàn)光路圖如圖甲所示,對(duì)實(shí)驗(yàn)中的一些具體問題,下列說法正確的是.

A.為減小作圖誤差,P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)小一些B.為減小測(cè)量誤差,P1和P2連線與玻璃磚界面法線的夾角應(yīng)適當(dāng)取大一些C.為減小誤差,應(yīng)當(dāng)選用寬度較大的玻璃磚完成實(shí)驗(yàn)D.實(shí)驗(yàn)中玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng),可用玻璃磚代替尺子畫出邊界線以固定玻璃磚在紙上的位置(2)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'一側(cè)平移了少許,如圖乙所示,他隨后實(shí)驗(yàn)測(cè)出的折射率(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

(3)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(bb'仍然與aa'平行),如圖丙所示,他隨后實(shí)驗(yàn)測(cè)得的折射率(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

(4)丙同學(xué)在畫界面時(shí),不小心將界面bb'畫歪了一些,如圖丁所示,他隨后實(shí)驗(yàn)測(cè)得的折射率(選填“偏大”“偏小”“不變”或“不能確定”).

[反思感悟]

2在“測(cè)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,如圖甲所示.(1)下列做法正確的是(填選項(xiàng)前的字母).

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(xué)面畫出界面C.實(shí)驗(yàn)時(shí)既可用量角器,也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測(cè)量D.判斷像與針是否在同一直線時(shí),應(yīng)該觀察大頭針的頭部(2)請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出完整的光路圖.(3)對(duì)你畫出的光路圖進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算,求得該玻璃磚的折射率n=(保留3位有效數(shù)字).

(4)為了觀測(cè)光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象,某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn),經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針;如圖丙所示.圖丙中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針,其對(duì)應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和(選填“A”或“B”).

[反思感悟]

考向一實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新3[2023·廣東卷]某同學(xué)用激光筆和透明長(zhǎng)方體玻璃磚測(cè)量玻璃的折射率.實(shí)驗(yàn)過程如下:(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上,用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界.(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點(diǎn)水平入射,到達(dá)ef面上的O點(diǎn)后反射到N點(diǎn)射出.用大頭針在白紙上標(biāo)記O點(diǎn)、M點(diǎn)和激光筆出光孔Q的位置.②移走玻璃磚,在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路,作QM連線的延長(zhǎng)線與ef面的邊界交于P點(diǎn),如圖甲所示.③用刻度尺測(cè)量PM和OM的長(zhǎng)度d1和d2.PM的示數(shù)如圖乙所示,d1為cm.測(cè)得d2為3.40cm.

(3)利用所測(cè)量的物理量,寫出玻璃磚折射率的表達(dá)式為n=.由測(cè)得的數(shù)據(jù)可得折射率n為(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

(4)相對(duì)誤差的計(jì)算式為δ=測(cè)量值-真實(shí)值真實(shí)值×100%.為了減小d1、d2測(cè)量的相對(duì)誤差,實(shí)驗(yàn)中激光在M點(diǎn)入射時(shí)應(yīng)盡量使入射角[反思感悟]

考向二實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新4實(shí)驗(yàn)探究可讓學(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?jī)?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