講義第12章實(shí)驗(yàn)十四

1、基本實(shí)驗(yàn)要求1實(shí)驗(yàn)原理如實(shí)驗(yàn)原理圖甲所示，當(dāng)光線AO以一定的入射角1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO對應(yīng)的出射光線OB，從而求出折射光線OO和折射角2，再根據(jù)n或n計算出玻璃的折射率2實(shí)驗(yàn)器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆3實(shí)驗(yàn)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(diǎn)O為入射點(diǎn)，作過O點(diǎn)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bb的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調(diào)整視線方向

2、，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OB及出射點(diǎn)O，連接O、O得線段OO.(7)用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2.(8)改變?nèi)肷浣?，重?fù)實(shí)驗(yàn)，算出不同入射角時的，并取平均值規(guī)律方法總結(jié)1數(shù)據(jù)處理(1)計算法：用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2.算出不同入射角時的，并取平均值(2)作sin 1sin 2圖象：改變不同的入射角1，測出不同的折射角2，作sin 1sin

3、2的圖象，由n可知圖象應(yīng)為直線，如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示，其斜率為折射率(3)“單位圓”法確定sin 1、sin 2，計算折射率n.以入射點(diǎn)O為圓心，以一定的長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點(diǎn)，交折射光線OO于E點(diǎn)，過E作NN的垂線EH，過E作NN的垂線EH.如實(shí)驗(yàn)原理圖丙所示，sin 1，sin 2，OEOER，則n.只要用刻度尺量出EH、EH的長度就可以求出n.2注意事項(xiàng)(1)用手拿玻璃磚時，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學(xué)面，嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫玻璃磚的另一邊bb.(2)實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動(3)大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上，且玻璃磚每兩枚大頭針P1與P2間、P

4、3與P4間的距離應(yīng)大一點(diǎn)，以減小確定光路方向時造成的誤差(4)實(shí)驗(yàn)時入射角不宜過小，否則會使測量誤差過大，也不宜過大，否則在bb一側(cè)將看不到P1、P2的像考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)的原理與操作1實(shí)驗(yàn)原理某同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行正確操作后，作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖1所示圖1(1)此玻璃的折射率計算式為n_(用圖中的1、2表示)(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度_(填“大”或“小”)的玻璃磚來測量答案(1)(2)大解析(1)光線由空氣射入玻璃的入射角i90°1，折射角r90°2，由折射率的定義可得：n，根據(jù)平行玻

5、璃磚對光線的影響可知，玻璃磚寬度越大，側(cè)移量越大，折射角的測量誤差越小2實(shí)驗(yàn)操作用三棱鏡做測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，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，使P4擋住P3和P1、P2的像，在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖2所示圖2(1)在題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_答案見解析解析(1)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

6、交AB面于O，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1和折射角2，并畫出虛線部分，用量角器量出1和2(或用直尺測出線段EF、OE、GH、OG的長度)(3)n(或因?yàn)閟in 1，sin 2，則n)考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析3數(shù)據(jù)處理在“測定玻璃的折射率”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3甲所示(1)在圖乙中畫出完整的光路圖(2)對你畫出的光路圖進(jìn)行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n_(保留3位有效數(shù)字).(3)為了觀測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，如圖丙所示圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭

7、針，其對應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和_(填“A”或“B”)圖3答案(1)見解析圖(2)1.53(說明：1.53±0.03范圍內(nèi)都可)(3)A解析(1)分別連接玻璃磚兩側(cè)的大頭針?biāo)诘狞c(diǎn)并延長，與玻璃磚邊分別相交，標(biāo)出傳播方向，然后連接玻璃磚邊界的兩交點(diǎn)，即為光線在玻璃磚中的傳播路徑光路圖如圖所示(2)設(shè)方格紙上小正方形的邊長為1，光線的入射角為1，折射角為2，則sin 10.798，sin 20.521，所以該玻璃磚的折射率n1.53.(3)由題圖丙可知，光線P1P2入射到玻璃磚上時，相當(dāng)于光線射到了一個三棱鏡上，因此出射光線將向底邊偏折，所以出射光線過P3和A.4誤差分析在用插

8、針法測定玻璃磚的折射率的實(shí)驗(yàn)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4、和所示，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為界面畫光路圖圖4(1)甲同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)(2)乙同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”)(3)丙同學(xué)測得的折射率與真實(shí)值相比_答案(1)偏小(2)不變(3)可能偏大、可能偏小、可能不變解析(1)用圖測定折射率時，玻璃中折射光線偏折大了，所以折射角增大，折射率變小；(2)用圖測定折射率時，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關(guān)；(

9、3)用圖測定折射率時，無法確定折射光線偏折的大小，所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變5誤差分析如圖5，用插針法測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是()圖5(1)P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度(2)P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些，可以提高準(zhǔn)確度(3)入射角1適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度(4)入射角太大，折射光線會在玻璃磚的內(nèi)表面發(fā)生全反射，使實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行(5)P1、P2的間距、入射角的大小均與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度無關(guān)A(1)(3) B(2)(4)C(3)(5) D(1)(4)答案A解析實(shí)驗(yàn)根據(jù)大頭針確定入射光線和出射光線，在連線及測量時必然有誤差，P1、P2

10、和P3、P4之間距離適當(dāng)大些，可以減小誤差，故(1)正確，(2)錯誤；實(shí)驗(yàn)要求入射角不能太小，否則會導(dǎo)致測量誤差太大，(3)正確；根據(jù)幾何知識知光在第二界面的入射角等于在第一界面的折射角，即小于臨界角，不會發(fā)生全反射，(4)錯誤；綜合上述分析知(5)錯誤故選A.考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新6實(shí)驗(yàn)操作的創(chuàng)新某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率開始時玻璃磚的位置如圖6中實(shí)線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動，同時在玻璃磚直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象

11、恰好消失此時只需測量出_，即可計算出玻璃磚的折射率請用你的測量值表示出折射率：_.圖6答案玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度n解析由題意可知，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過某一角度時，剛好發(fā)生全反射，在直徑邊一側(cè)觀察不到P1、P2的像，作出如圖所示的光路圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)過角度時有n.7數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新學(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7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(jìn)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

12、右上方區(qū)域觀察P1、P2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：圖7(1)若AOF30°，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)的折射率的值應(yīng)為_答案(1)(2)P4處對應(yīng)的折射率的值大(3)1解析(1)根據(jù)折射定律n，題中160°，2AOF30°，所以n.(2)題圖中P4對應(yīng)的入射角大于P3所對應(yīng)的

13、入射角，所以P4對應(yīng)的折射率的值大(3)因A、O、K在一條直線上，入射角等于折射角，所以K處對應(yīng)的折射率的值應(yīng)為1.8實(shí)驗(yàn)的拓展小明同學(xué)設(shè)計了一個用刻度尺測半圓形玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)，如圖8所示，他進(jìn)行的主要步驟是：圖8A用刻度尺測玻璃磚的直徑AB的大小d.B先把白紙固定在木板上，將玻璃磚水平放置在白紙上，用筆描出玻璃磚的邊界，將玻璃磚移走，標(biāo)出玻璃磚的圓心O、直徑AB、AB的法線OC.C將玻璃磚放回白紙的原處，長直尺M(jìn)N緊靠A點(diǎn)并與直徑AB垂直放置D調(diào)節(jié)激光器，使PO光線從玻璃磚圓弧面沿半徑方向射向圓心O，并使長直尺M(jìn)N的左右兩側(cè)均出現(xiàn)亮點(diǎn)，記下左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1，右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2.則：小明利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算此玻璃磚折射率的表達(dá)式為n_.關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)，以下說法正確的是_A在BOC的范圍內(nèi)，改變?nèi)肷涔饩€PO的入射角，直尺M(jìn)N上可能只出現(xiàn)一個亮點(diǎn)B左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1一定小于右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2C左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1一定大于