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1、实验15测定玻璃的折射率 2 一 实验目的1 测定玻璃的折射率 2 学会用插针法确定光路 二 实验原理实验原理如图所示 当光线AO1以一定的入射角 1穿过两面平行的玻璃砖时 通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B 从而找出折射光线O1O2和折射角 2 再根据 求出玻璃的折射率 3 三 实验器材木板 白纸 玻璃砖 大头针 图钉 量角器 刻度尺 铅笔 四 实验步骤1 如图所示 把白纸铺在木板上 4 2 在白纸上画一直线aa 作为界面 过aa 上的一点O画出界面的法线NN 并画一条线段AO作为入射光线 3 把长方形玻璃砖放在白纸上 并使其长边与aa 重合 再用刻度尺画出玻璃砖的另一边bb
2、 4 在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1 P2 5 从玻璃砖bb 一侧透过玻璃砖观察大头针P1 P2的像 调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住 再在bb 一侧插上两枚大头针P3 P4 使P3能挡住P1 P2的像 P4能挡住P3本身及P1 P2的像 6 移去玻璃砖 在拔掉P1 P2 P3 P4的同时分别记下它们的位置 过P3 P4作直线O B交bb 于O 连接O O OO 就是玻璃砖内折射光线的方向 AON为入射角 O ON 为折射角 7 改变入射角 重复实验 5 五 数据处理1 计算法用量角器测量入射角 1和折射角 2 并查出其正弦值sin 1和sin 2 算出不同入射角时的 并取平均值
3、 2 作sin 1 sin 2图像改变不同的入射角 1 测出不同的折射角 2 作sin 1 sin 2图像 由n 可知图像应为直线 如图所示 其斜率为折射率 6 3 辅助线段法利用刻度尺作辅助线 测出辅助线的长度大小 求玻璃的折射率 7 4 单位圆法 8 六 误差分析1 入射光线 出射光线确定的准确性造成误差 故在入射侧和出射侧所插两枚大头针的间距应大一些 2 入射角和折射角的测量造成误差 入射角应适当大些 可以减小测量的相对误差 9 七 注意事项1 实验时 应尽可能将大头针竖直插在纸上 且P1和P2之间 P3和P4之间 P2与O P3与O 之间距离要稍大一些 2 入射角 1不宜太大 接近90
4、 也不宜太小 接近0 当 1太大时 反射光较强 出射光较弱 当 1太小时 入射角 折射角测量的相对误差较大 3 操作时 手不能触摸玻璃砖的光洁光学面 更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线 4 实验过程中 玻璃砖与白纸的相对位置不能改变 5 玻璃砖应选用宽度较大的 宜在5cm以上 若宽度太小 则测量误差较大 10 考点一 考点二 实验原理与操作例1在测定玻璃的折射率的实验中 在白纸上放好玻璃砖 aa 和bb 分别是玻璃砖与空气的两个界面 如图所示 在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2 用 表示大头针的位置 然后在另一侧透过玻璃砖观察 并依次插上大头针P3和P4 在插P3和P4时 应使 选填选项前的
5、字母 A P3只挡住P1的像B P4只挡住P2的像C P3同时挡住P1 P2的像 答案 解析 11 考点一 考点二 例2在测定玻璃的折射率实验中 某同学经正确操作插好了4枚大头针 如图甲所示 12 考点一 考点二 1 在图丙中画出完整的光路图 2 对你画出的光路图进行测量和计算 求得该玻璃砖的折射率n 保留三位有效数字 3 为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象 某同学做了两次实验 经正确操作插好了8枚大头针 如图乙所示 图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针 其对应出射光线上的2枚大头针是P3和 选填 A 或 B 13 考点一 考点二 解析 1 如图a所示 14 考点一 考点二 3 光路图
6、如图b所示 光线经两边沿相互平行的玻璃砖 出射光线平行于入射光线 即MN P4B P1P2光线从棱镜右边侧面射出向底边偏折 如图b中P3A 所以填A 答案 1 见解析图a 2 1 53 1 50 1 56均正确 3 A 15 考点一 考点二 数据处理与误差分析例3某同学利用 插针法 测定玻璃的折射率 所用的玻璃砖两面平行 正确操作后 作出的光路图及测出的相关角度如图所示 1 此玻璃的折射率计算式为n 用图中的 1 2表示 2 如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择 为了减小误差 应选用宽度 选填 大 或 小 的玻璃砖来测量 答案 解析 16 考点一 考点二 例4如图所示 某同学为了测量截面
7、为正三角形的三棱镜玻璃的折射率 先在白纸上放好三棱镜 在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2 然后在棱镜的右侧观察到P1的像和P2的像 当P1的像恰好被P2的像挡住时 插上大头针P3和P4 使P3挡住P1 P2的像 P4挡住P1 P2的像和P3 在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示 17 考点一 考点二 1 画出对应的光路 2 为了测出三棱镜玻璃材料的折射率 若以AB作为分界面 需要测量的量是和 在图上标出它们 3 三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n 4 若在测量过程中 放置三棱镜的位置发生了微小的平移 移至图中的虚线位置 底边仍重合 则以原AB作为分界面 三棱镜材料折射率的测量值 选填
8、大于 小于 或 等于 三棱镜玻璃材料折射率的真实值 18 考点一 考点二 解析 1 连接P1P2交AB于M 连接P3P4交BC于N 连接MN 2 过M点作AB的垂线即为法线 P1P2与法线的夹角为入射角 1 MN与法线的夹角为 2 3 折射率n 4 若三棱镜发生平移 入射角不变 折射角变小 折射率变大 即三棱镜材料折射率的测量值小于真实值 答案 1 如图所示 2 入射角 1折射角 2 4 小于 19 1 某校开展研究性学习 某研究小组根据光学知识 设计了一个测液体折射率的仪器 如图所示 在一个圆盘上 过其圆心O作两条相互垂直的直径BC EF 在半径OA上 垂直盘面插上两枚大头针P1 P2并保持
9、位置不变 每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中 而且总使得液面与直径BC相平 EF作为界面的法线 而后在图中右上方区域观察P1 P2 在圆周EC部分插入P3 使P3挡住P1 P2的像 同学们通过计算 预先在圆周EC部分刻好了折射率的值 这样只要根据P3所插的位置 就可以直接读出液体折射率的值 1 若 AOF 30 OP3与OC之间的夹角为30 则P3处刻的折射率的值为 2 图中P3 P4两处 对应折射率大的是 3 作AO的延长线交圆周于K K处对应的折射率为 20 2 在折射角相同的情况下 图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角 所以P4对应的折射率大 3 因A O K在一条直线上 入
10、射角等于折射角 所以K处对应的折射率应为1 答案 1 1 73 2 P4 3 1 21 2 小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验 如图所示 他进行的主要步骤是 A 用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d B 先把白纸固定在木板上 将玻璃砖水平放置在白纸上 用笔描出玻璃砖的边界 将玻璃砖移走 标出玻璃砖的圆心O 直径AB AB的法线OC C 将玻璃砖放回白纸的原处 长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置 D 调节激光器 使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O 并使长直尺MN的左右两侧均出现亮点 记下左侧亮点到A点的距离x1 右侧亮点到A点的距离x2 则 22 1 小明利用实验数据计算此玻璃砖折射率的表达式为n 2 关于上述实验 以下说法正确的是 A 在 BOC的范围内 改变入射光线PO的入射角 直尺MN上可能只出现一个亮点B 左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2C 左侧亮点到A点的距离x1一定大于右侧亮点到A点的距离x2D 要使左侧亮点到A点的距离x1增大 应减小入射角 23 解析 1 设光线在AB面上的入射角为 折射角为 根据几何关 2 当入射角大于或等于发生全反射的临界角时 直尺MN上只出现一个亮点 A正确 光从玻璃射入空气 折射角大于入射角 通过几何关系知 x1 x2 B正确 C错误 减小入射角 则折射角减小 x1增大 D正确
