实验15 测定玻璃的折射率(解析版)-高中物理.docx

1、更多资源关注微信公众号：学起而飞 实验十五实验十五测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率(解析版解析版) 1.实验目的 掌握测定玻璃折射率的方法。 2.实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角1和折射角2，根据折射定 律计算出玻璃的折射率 nsin 1 sin 2。 3.实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。 4.实验步骤 (1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。 (2)在白纸上画出一条直线 aa作为界面(线)， 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

2、在白纸上，使它的长边跟 aa对齐，画出玻璃砖的另一边 bb。 (4)在直线 AO 上竖直插上两枚大头针 P1、P2，透过玻璃砖观察大头针 P1、P2的像，调整视线方向直到 P2的像挡住 P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针 P3、P4，使 P3挡住 P1、P2的像，P4挡住 P3及 P1、P2的像，记下 P3、P4的位置。 (5)移去大头针和玻璃砖，过 P3、P4所在处作直线 OB 与 bb交于 O，直线 OB 就代表了沿 AO 方向入 射的光线通过玻璃砖后的传播方向。 (6)连接 OO，入射角1AON，折射角2OON，用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表 中查出它们的正弦值，把这些

3、数据记录在自己设计的表格中。 (7)用上述方法求出入射角分别为 30、45、60时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。 (8)算出不同入射角的比值sin 1 sin 2，最后求出在几次实验中所测 sin 1 sin 2的平均值，即为玻璃砖的折射率。 5.数据处理 处理方式一：在找到入射光线和折射光线以后，以入射点 O 为圆心，以任意长为半径画圆，分别与 AO 交于 C 点，与 OO(或 OO的延长线)交于 D 点，过 C、D 两点分别向 NN作垂线，交 NN于 C、D，用直尺 量出 CC和 DD的长，如图甲所示。 由于 sin 1CC CO，sin 2DD DO ， 更多资源关注微信公众号

4、：学起而飞 而 CODO，所以折射率 nsin 1 sin 2 CC DD。 重复以上实验，求得各次折射率的计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。 处理方式二：根据折射定律可得 nsin 1 sin 2， 因此有 sin 21 nsin 1。 在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以 sin 1值为横坐标、以 sin 2值为 纵坐标，建立直角坐标系如图乙所示，描数据点，过数据点连线得到一条过原点的直线。 求解图线斜率，设斜率为 k，则 k1 n，故玻璃砖折射率 n 1 k。 6.注意事项 (1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之

5、间的距离要稍大一 些。 (2)入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大。 (3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 (4)在实验过程中，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 5 cm 以上。若宽度太小，则测量误差较大。 七、实验误差 (1)入射光线和出射光线确定的不够精确。因此要求插大头针时两大头针间距应稍大。 (2)入射角、折射角测量的不精确。为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，入射角 太大时，反射光较强，折射光会相对较弱。 【典例 1】在测定玻璃砖折射率的实验中为了减小实验误差，以下说法错

6、误的是() A玻璃砖的宽度宜大些 B入射角应尽量小些 C大头针应垂直地插在纸面上 D大头针 P1与 P2及 P3与 P4之间的距离应适当大些 【解析】玻璃砖宽度大些，可减小测量误差；大头针垂直插在纸面上以及大头针 P1与 P2及 P3与 P4 之间的距离适当大些，可减小确定光路方向时的误差，A、C、D 正确；入射角不能太大也不能太小，入射 角较小时，测量误差较大，B 错误。 更多资源关注微信公众号：学起而飞 【答案】B 【针对训练 1】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，不慎将 玻璃砖向上平移了一些，放在如图所示的位置上，而实验中其他操作均正确，测得的折

7、射率将() A偏大B偏小 C不变D无法确定 【解析】可作出经过玻璃砖的光路图，由几何知识可知，测出的折射角与正确值相同。 【答案】C 【典例 2】在“测定玻璃折射率”的实验中： (1)操作步骤如下： 先在白纸上画出一条直线 aa代表两种介质的界面，过 aa上的 O 点画出界面的法线 NN，并画一条 线段 AO 作为入射光线 把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟 aa对齐 在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、P2，透过玻璃砖观察大头针 P1、P2的像调整视线方向， 直到 P1的像被 P2挡住再在观察的这一侧插两枚大头针 P3、P4，使 P3挡住 P1、P2的像，P4挡住 P1、P2 的

8、像和 P3，记下 P3、P4的位置 移去大头针和玻璃砖，连接 P3、P4作为折射光线，测量出入射角1与折射角2，填入表格中 上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是_ _. (2)实验中测出了多组入射角1与折射角2，并作出了 sin 1sin 2图象如图所示则下列说法正确的 _ A实验时，光线是由空气射入玻璃 B玻璃的折射率为 0.67 C玻璃的折射率为 1.5 【解析】(1)步骤中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面 bb，步骤中应通过 P3、P4的连线与 bb 的交点 O和 aa上的入射点 O，作出玻璃砖中的光线 OO. (2)由图可看出入射角1小于折射角2， 因此， 光线应该是由玻璃射入空

9、气； 则玻璃折射率 nsin 2 sin 1 0.45 0.30 1.5，所以选项 C 正确 更多资源关注微信公众号：学起而飞 【答案】(1)见解析(2)C 【针对训练 2】如图甲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。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，如图乙所示，计算 折射率时，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。 【解析】进行实验时，应保持玻璃砖的光学面清洁，不

10、能用手直接触摸光学面。计算玻璃的折射率 时，需将 c 点与 d 点或 e 点连接，即为出射光线，连接 d 点时，入射光 ab 的折射角较大，计算出的折射率 较小。因为玻璃砖的两光学面平行，出射光与入射光应该平行，根据图中 d、e 两点的位置，用 e 点时出射 光与入射光更接近于平行，误差较小。 【答案】光学de 【典例 3】如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头 针 P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心 O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针 P3， 使 P3挡住 P1、P2的像，连接 OP3，图中 MN 为分界面，虚线半圆与玻璃砖对

11、称，B、C 分别是入射光线、 折射光线与圆的交点，AB、CD 均垂直于法线并分别交法线于 A、D 点。 (1)设 AB 的长度为 l1，AO 的长度为 l2，CD 的长度为 l3，DO 的长度为 l4，为较方便地表示出玻璃砖的 折射率，需用刻度尺测量_，则玻璃砖的折射率可表示为_。 (2)该同学在插大头针 P3前不小心将玻璃砖以 O 为圆心顺时针转过一小角度， 由此测得玻璃砖的折射率 将_(选项“偏大”“偏小”或“不变”)。 【解析】(1)sin i l1 BO，sin r l3 CO，因此玻璃的折射率 n sin i sin r l1 BO l3 CO l1 l3，因此只需测量 l 1和 l

12、3即可。 (2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，在处理数据时，认为 l1是不变的，即入射角不变，而 l3减小， 所以测量值 nl1 l3将偏大。 更多资源关注微信公众号：学起而飞 【答案】(1)l1和 l3nl1 l3 (2)偏大 【针对训练 3】如图所示某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与玻璃 圆柱同半径的圆，圆心为 O，将玻璃圆柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合。在玻璃一侧竖直插两 枚大头针 P1和 P2，再在另一侧先后插两枚大头针 P3和 P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针 P4和 P3 与 P2和 P1的像恰在一直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在白纸上

13、的图中画出： (1)沿 P1和 P2连线方向的入射光线通过圆柱形玻璃后的传播方向。 (2)光线在玻璃内的传播方向。 (3)在光线的入射点作法线，标出入射角1和折射角2。 (4)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算)。 【解析】 过 P1、P2作直线交圆周于 O1点，过点 O1作法线 O1O；过 P3、P4作直线为出射光线，交圆周于 O2点； 过 O2O 作直线为法线。连接 O1O2为入射光线在玻璃内的折射光线。量出入射角1和折射角2，由公式 n12 sin 1 sin 2可求出折射率。如图所示。 【答案】见解析 【典例 4】某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率 n。如图甲所示，O 是圆心，MN

14、 是法线，AO、 BO 分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角 i 和折射角 r，作出 sin isin r 图像如图乙所示。则() A光由 A 经 O 到 B，n1.5 B光由 B 经 O 到 A，n1.5 C光由 A 经 O 到 B，n0.67 D光由 B 经 O 到 A，n0.67 【解析】由 sin isinr 图像可知，同一光线 sin rsin i，即 ri，故 r 为光线在空气中传播时光线与法 线的夹角，则 BO 为入射光线，OA 为折射光线，即光线由 B 经 O 到 A，折射率 nsin r sin i 0.9 0.61.5，故选项 更多资源关注

15、微信公众号：学起而飞 B 正确，选项 A、C、D 错误。 【答案】B 【针对训练 4】用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖 的一侧竖直插上两枚大头针 P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使 P1的像被 P2的像挡住，接着 在眼睛所在的一侧插两枚大头针 P3和 P4，使 P3挡住 P1和 P2的像，P4挡住 P3以及 P1和 P2的像，在纸上标 出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图甲所示(O 为两圆弧圆心，图中已画出经过 P1、P2点的入射光线)。 (1)在图上补画出所需的光路。 (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角1和折射角2，请在图中的

16、AB 分界面上画出这两个角。 (3)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙 所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率 n_。 【解析】 (1)连接 P3、P4与 CD 交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，又由于 P1、P2的 连线与 AB 的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两点即可作出玻璃砖中的光线，如图所示。 (2)连接 O 点与光线在 AB 上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中1、2所示。 (3)图像的斜率 ksin 1 sin 2n，由题图乙可知斜率为 1.5，即玻璃的折射率为 1.5。 【答案】(1)如解析图所示(2)如解

17、析图中1、2所示(3)1.5 【典例 5】如图所示是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图。玻璃砖的入射面 AB 和出 射面 CD 并不平行，则 (1)出射光线与入射光线_(选填“仍平行”或“不再平行”)。 (2)以入射点 O 为圆心，以 R5 cm 长度为半径画圆，与入射光线 PO 交于 M 点，与折射光线 OQ 交于 F 点，过 M、 F 点分别向法线作垂线，量得 MN1.68 cm， EF1.12 cm， 则该玻璃砖的折射率 n_。 【解析】 (1)由于玻璃砖的入射面 AB 和出射面 CD 并不平行，所以出射光线与入射光线不再平行。 更多资源关注微信公众号：学起而飞 (2)该玻璃砖的折射率 nsinMON sinEOF MN OM EF OF MN EF 1.68 1.121.5。 【答案】(1)不再平行(2)1.5