《2015高三人教版物理总复习配套文档：第11章 实验十一 测定玻璃的折射率》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015高三人教版物理总复习配套文档：第11章 实验十一 测定玻璃的折射率（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验十一实验十一 测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率考纲解读 1.学会用插针法确定光路.2.会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率基本实验要求规律方法总结1实验原理如实验原理图甲所示，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，从而求出折射光线 O1O2和折射角 2，再根据 n或 n算出sin 1sin 2PNQN玻璃的折射率2实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔3实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上(2)在白纸上画一条直线 aa，并取 aa上的一点 O 为入射点，作过 O 点的法线NN.(3)画出
2、线段 AO 作为入射光线，并在 AO1实验数据处理(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sin 1sin 2(2)作 sin 1sin 2图象：改变不同的入射角 1，测出不同的折射角 2，作 sin 1sin 2图象，由 n可知图象应为sin 1sin 2直线，如实验原理图乙所示，其斜率为折射率(3)“单位圆”法确定 sin 1、sin 2，计算折射率 n.以入射点 O 为圆心，以一定的长度 R 为半径画圆，交入射光线 OA 于 E 点，交折射光线 OO于 E点，过 E 作 NN的垂线EH，过 E作 NN的垂线
3、 EH.如实上插上 P1、P2两根大头针(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线 aa对齐，并画出另一条长边的对齐线 bb.(5)眼睛在 bb的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使 P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针 P3，使 P3挡住 P1、P2的像，再插上P4，使 P4挡住 P3和 P1、P2的像(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线 OB 及出射点 O，连接 O、O得线段 OO.(7)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.(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值s
4、in 1sin 2验原理图丙所示，sin 1，sin 2EHOE，OEOER，则 nEHOEsin 1sin 2.只要用刻度尺量出 EH、EHEHEH的长度就可以求出 n.2注意事项(1)用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边 bb.(2)实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动(3)大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针 P1与 P2间、P3与 P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差(4)实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在 bb一侧将看不到 P1、P2的像.考点一 对实验操作的考查例
5、 1 (2012江苏12B(2)“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针 A、B，在另一侧再竖直插两个大头针 C、D.在插入第四个大头针 D 时，要使它_图 1 是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线 a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边根据该图可算得玻璃的折射率 n_.(计算结果保留两位有效数字)图 1解析 确定出射光线时应使 D 挡住 C 和 A、B 的像，作图如图所示，以 O 为圆心，OO为半径作圆交 AB 于 E 点，过 E 作 a 的平行线交法线于 F，根据 n得 nsin isin r，测量 EF 和 OP 长度得 n1.8(1.61.9 均正确，方法亦有多种)EFOP答
6、案 挡住 C 及 A、B 的像 1.8(1.61.9 都算对)考点二 对数据处理与误差分析的考查例 2 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 2 所示图 2(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_(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量解析 (1)据题意可知入射角为 901，折射角为 902，则玻璃的折射率为 n.sin 901sin 902cos 1cos 2(2)玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确故应选用宽度
7、大的玻璃砖来测量答案 (1) (2)大cos 1cos 2或sin 901sin 902创新实验设计例 3 学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图 3 所示在一圆盘上，过其圆心 O 作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径 OA 上，垂直盘面插下两枚大头针 P1、P2，并保持 P1、P2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的像，并在圆周上插上大头针P3，使 P3正好挡住 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
8、值，这样只要根据 P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：图 3(1)若AOF30，OP3与 OC 的夹角为 30，则 P3处所对应的折射率的值为_(2)图中 P3、P4两位置哪一处所对应的折射率的值大？答：_.(3)作 AO 的延长线交圆周于 K，K 处所对应的折射率值应为_解析 (1)根据折射定律 n，题中 160，2AOF30，所以 nsin 1sin 2sin 60sin 30.3(2)题图中 P4对应的入射角大于 P3所对应的入射角，所以 P4对应的折射率的值大(3)因 A、O、K 在一条直线上，入射角等于折射角，所以 K 处对应的折射率的值应为1.答案 (1) (2)P4处
9、对应的折射率的值大 (3)131用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面 aa和 bb，若不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在图 4 所示的位置上，而实验中其他操作均正确，则测得的折射率将( )图 4A偏大 B偏小 C不变 D无法确定答案 C解析 经过玻璃砖的光路如图中实线所示，由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线，而是如图中虚线所示，由几何知识可知，测出的折射角与真实的折射角相同2.某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，用他测得的多组入射角 1与折射角 2作出 sin 1sin 2的图象如图 5 所示，下列判断不正确的是( )图 5A他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折
10、射现象B玻璃的折射率为 0.67C玻璃的折射率为 1.5D玻璃临界角的正弦值为 0.67答案 B解析 由 sin 1sin 2图象可知，1.51，故光是从空气射入玻璃的，入sin 1sin 210.67射角为 1，A 正确由折射率的定义知 n1.5，B 错误，C 正确由临界角定义知临界角的正弦值 sin C 0.67，D 正确故选 B.1n3.某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率开始玻璃砖的位置如图 6 中实线所示，使大头针 P1、P2与圆心 O 在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心 O 缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察 P1、P2的像，且使
11、 P2的像挡住 P1的像如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失此时只须测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率请用你的测量量表示出折射率 n_.图 6答案 玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度 1sin 解析 “P2的像挡住 P1的像的现象恰好消失”意味着刚好发生全反射现象，此时玻璃砖内光线的入射角恰好等于临界角 C，玻璃砖转过 ，入射光路的法线也转过同样的角度，入射角 C.根据 n得 n.1sin C1sin 4如图 7 所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，请填写下述实验步骤中的空白图 7(1)用_测出广口瓶瓶口内径 d.(2)在瓶内装满水(3)将刻度尺沿瓶口边缘_插入水中(
12、4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的 0 刻度(即图中 A 点)，同时看到水面上 B 点刻度的像 B恰与 A 点的像相重合(5)若水面恰与直尺的 C 点相平，读出_和_的长度(6)由题中所给条件，可以计算水的折射率 n_.答案 (1)刻度尺 (3)竖直 (5)AC AB(6) d2AC2d2ABAC2解析 由光路图知：sin 1，sin 2，根据折射定律 ndd2BC2dd2AC2sin 1sin 2d2AC2d2ABAC25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 8 所示图 8(1)在图 9 中画出完整的光路图：图 9(2)对你画出的光路
13、图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率 n_(保留 3 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 10 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_(填“A”或“B”)图 10答案 (1)见解析图 (2)1.53(说明：0.03 范围内都可)(3)A解析 (1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播路径光路图如图所示(2)设方格纸上小正方形的边长为 1，光线的入射角为 1，折射角
14、为 2，则 sin 10.798，sin 20.5215.35.32422.22.223.62所以该玻璃砖的折射率 n1.53sin 1sin 20.7980.521(3)由题图可知，光线 P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过 P3和 A.6如图 11 所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的_面不能用手直接接触图 11在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔 a、b、c的位置相同，且插在 c 位置的针正好挡住插在 a、b 位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为 d、e 两点，如图 12 所示计算折射率时
15、，用_(填“d”或“e”)点得到的值较小，用_(填“d”或“e”)点得到的值误差较小图 12答案 光学 d e 解析 实验用的光学玻璃砖的光学面不能用手接触，以防止损坏其光学面如图所示，连接 cd、ce 并延长分别交玻璃砖于 O1、O2点，连接 OO1、OO2，入射角 i 相同，折射角OOO2OOO1，由 n得，折射角越大的，求得的折射率越小由图可得，用 d 点得sin isin r到的值较小，而 ce 与 ab 近似平行，故用 e 点得到的值误差较小7如图 13 所示，画有直角坐标系 xOy 的白纸位于水平桌面上M 是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与 x 轴重合OA 是画在纸上的直
