【步步高】2013年高考物理大一輪 實驗十四 測定玻璃的折射率 新人教版選修3-4

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1、實驗十四　測定玻璃的折射率 一、實驗?zāi)康? 測定玻璃的折射率 二、實驗原理 如圖1所示，abb′a′為兩面平行的玻璃磚，光線的入射角為θ1，折射角為θ2，根據(jù)n＝可以計算出玻璃的折射率． 圖1 三、實驗器材 木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆． 四、實驗步驟 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O為入射點，作過O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與直線aa′對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb′. 5．眼睛在b

2、b′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O′B及出射點O′，連接O、O′得線段OO′. 7．用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2. 8．改變?nèi)肷浣?，重?fù)實驗，算出不同入射角時的，并取平均值． 五、誤差分析 1．入射光線和折射光線確定的不準(zhǔn)確性． 2．測量入射角和折射角時的誤差． 六、注意事項 1．玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的．

3、2．大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上，且間隔要大些． 3．實驗時入射角不宜過大或過小，一般在15°～75°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．實驗過程中，玻璃磚和白紙的相對位置不能改變． 記憶口訣 白紙上面畫邊緣，然后才放玻璃磚； 兩針決定入射光，再插一針擋兩像； 兩針兩像成一線，去磚畫圖是重點； 入射線，折射線，做出法線角出現(xiàn)； 入射角，折射角，不大不小是最好； 拿磚要觸毛玻面，插針豎直做實驗. 圖2 例1 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：

4、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．實驗時，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2所示．然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2.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？試在題圖中標(biāo)出P3、P4的位置． (2)然后，移去玻璃磚與大頭針．試在題圖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n＝_______

5、_. 圖3 例2　實驗室有一塊長方體透明介質(zhì)，截面如圖3中ABCD所 示．AB的長度為l1，AD的長度為l2，且AB和AD邊透光，而BC 和CD邊不透光且射到這兩個邊的光線均被全部吸收．現(xiàn)讓一 平行光束以入射角θ1射到AB面，經(jīng)折射后AD面上有光線射 出．甲、乙兩同學(xué)分別用不同的方法測量該長方體介質(zhì)的折射率． (1)甲同學(xué)的做法是：保持射到AB面上光線的入射角θ1不變，用一遮光板由A點沿AB緩慢推進，遮光板前端推到P時，AD面上恰好無光線射出，測得AP的長度為l3，則長方體介質(zhì)的折射率可表示為n＝__________； (2)乙同學(xué)的做法是：緩慢調(diào)節(jié)射到AB面上光線的入射角，使

6、AD面也恰好無光線射出．測得此時射到AB面上光線的入射角為θ2，則長方體介質(zhì)的折射率可表示為n＝____________； (3)θ1和θ2的關(guān)系為：θ1______θ2(填“>”、“<”或“＝”)． 圖4 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)計了一個測量液體折射率的儀器，如圖4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，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入 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、P

7、2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，就可直接 讀出液體折射率的值，則： (1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則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________. 1．關(guān)于“測定

8、玻璃的折射率”的實驗中，下列說法中不正確的是 (　　) A．有一組入射角(θ1≠0)和折射角，便可以得出玻璃的折射率 B．在本實驗中采用玻璃磚，這是因為只有玻璃磚才能測出玻璃的折射率 C．本實驗的各項步驟，都是為了找到給定的入射角的折射角而設(shè)計的 D．棱鏡、半圓形玻璃磚等都可以用來測定玻璃的折射率 圖5 2．用兩面平行的玻璃磚測定玻璃的折射率的實驗中，已畫好玻璃磚 界面aa′和bb′，若不慎將玻璃磚向上平移了一些，放在圖5所 示的位置上，而實驗中其他操作均正確，則測得的折射率將 (　　) A．偏大 B．偏小 C．不變

9、 D．無法確定 3．在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖6①、②和③所示，其中甲、丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚．他們的其他操作均正確，且均以aa′、bb′為界面畫 光路圖，則 圖 6 甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)． 乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)． 丙同學(xué)測得的折射率與真實值相比________． 圖7 4．如圖7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

10、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，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點． (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

11、________(填“偏大”、“偏小”或“不變”)． 圖8 5．用三棱鏡做測定玻璃折射率的實驗，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P1、 P2的像，在紙上標(biāo)出的大頭針的位置和三棱鏡輪廓如圖8所示． (1)在本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)計算折射率的公式是n＝________. 圖9 6. 用圓弧狀玻

12、璃磚做測定玻璃折射率的實驗時，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 ?。又谘劬λ诘囊粋?cè)插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋 住P3及P1和P2的像．在紙上已標(biāo)出大頭針位置 和圓弧狀玻璃磚輪廓如圖9所示(O為兩圓弧圓心，圖中已畫出經(jīng)過P1、P2點的入射光 線) (1)在圖上補畫出所需的光路． (2)為了測出玻璃磚的折射率，需要測量入射角θ1和折射角θ2，請在圖中標(biāo)出這兩個角． (3)用所測物理量計算折射率的公式是n＝____________. (4)為

13、了保證在弧面CD得到出射光線，實驗過程中，光線在弧面AB的入射角應(yīng)盡量________(“小一些”或“無所謂”或“大一些”)． 答案 課堂探究 例1　(1)、(2)見解析　(3) 例2　(1) (2)　(3)> 例3　(1)　(2)P4對應(yīng)的折射率的值大 (3)1 隨堂訓(xùn)練 1．B 2．C　[經(jīng)過玻璃磚的光路如圖中實線所示，由于所作的玻璃磚分界 線不是實際的分界線，如圖中虛線所示，由幾何知識可知，測出 的折射角與真實的折射角相同．] 3．偏小　不變　可能偏大，可能偏小，也可能不變 4．(1)l1和l3　　(2)偏大 5．見解析 解析　(1)光路圖如圖所示，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AB面于O′， 連接OO′，則光線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θ1和折射角θ2，并畫出虛線部 分，用量角器量出θ1和θ2(或用直尺測出線段EF、OE、GH、OG的長度)． (3)n＝(或因為sin θ1＝，sin θ2＝，則n＝＝)． 6．(1)、(2)見解析　(3)　(4)小一些 解析　(1)光路圖如圖所示． (2)入射角θ1和折射角θ2如圖中所示 6