測(cè)定玻璃的折射率

關(guān)于測(cè)定玻璃的折射率第一頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定玻璃的折射率如圖所示，當(dāng)光線(xiàn)AO以一定入射角穿過(guò)兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過(guò)插針?lè)ㄕ页龈肷涔饩€(xiàn)AO對(duì)應(yīng)的出射光線(xiàn)的O'B，從而求出折射光線(xiàn)OO'和折射角r，再根據(jù)算出玻璃的折射率。Naba'b'O'ABP1P2P3P4N'O實(shí)驗(yàn)器材：一塊兩面平行的玻璃磚，白紙，木板，大頭針（4枚），量角器（或圓規(guī)、三角板），刻度尺第二頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二實(shí)驗(yàn)步驟:1．把白紙鋪在木板上。2．在白紙上畫(huà)一直線(xiàn)aa'作為界面，過(guò)aa'上的一點(diǎn)O畫(huà)出界面的法線(xiàn)NN',并畫(huà)一條線(xiàn)段AO作為入射光線(xiàn).3．把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，并使其長(zhǎng)邊與aa'重合，再用直尺畫(huà)出玻璃的另一邊bb'。4．在線(xiàn)段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。5．從玻璃磚bb'一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀(guān)察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線(xiàn)方向直到P1的像被P2的像擋住。再在bb'一側(cè)插上大頭針P3、P4，使P3能擋住P1、P2的像，P4能擋住P1、P2的像及P3本身。第三頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二6．移去玻璃磚，在拔掉P1、P2、P3、P4的同時(shí)分別記下它們的位置，過(guò)P3、P4作直線(xiàn)O'B交bb'于O'。連接O、O'，OO'就是玻璃磚內(nèi)折射光線(xiàn)的方向?！螦ON為入射角，∠O'ON'為折射角。7．用量角器量出入射角和折射角的度數(shù)。查出它們的正弦值，并把這些數(shù)據(jù)填入記錄表格里。8．用上述方法分別求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°時(shí)的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，記錄在表格里。9．算出不同入射角時(shí)的值，比較一下，看它們是否接近一個(gè)常數(shù)。求出幾次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的的平均值，這就是這塊玻璃的折射率。

第四頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二注意事項(xiàng):1．輕拿輕放玻璃磚，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)直尺用。2．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚在紙面上的位置不可移動(dòng)。3．插針P1與P2、P3與P4的間距要適當(dāng)?shù)卮笮詼p小確定光路方向時(shí)出現(xiàn)的誤差。4．實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不能太小(接近零度)，否則會(huì)使測(cè)量誤差加大；也不能太大(接近90°），否則會(huì)不易觀(guān)察到P1、P2的像。5．本實(shí)驗(yàn)中如果采用的不是兩面平行玻璃磚，如采用三棱鏡，半圓形玻璃磚等，只是出射光和入射光不平行，但一樣能測(cè)出折射率。

第五頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二11．（6分）某同學(xué)用圓柱形玻璃磚做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)．先在白紙上放好圓柱形玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在圓柱形玻璃磚另一側(cè)觀(guān)察，調(diào)整視線(xiàn)使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)相繼又插上兩枚大頭針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)出的大頭針位置和圓柱形玻璃磚的邊界如圖所示．⑴在圖上畫(huà)出所需的光路．⑵為了測(cè)量出玻璃磚折射率，需要測(cè)量的物理量有

，（要求在圖上標(biāo)出）．⑶寫(xiě)出計(jì)算折射率的公式n＝

．P1P2P3P4ri∠i和∠r第六頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二11、（1）用一橫截面為半圓形的玻璃柱體做“測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好玻璃柱體,在玻璃柱體的上側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,然后在玻璃柱體的下側(cè)觀(guān)察,調(diào)整視線(xiàn)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.P4擋住P3和P1、P2的像,在紙上標(biāo)出的大頭針位置和玻璃柱體輪廓如圖所示。①在本題的圖上畫(huà)出所需的光路②為了測(cè)出棱鏡玻璃的折射率,需要測(cè)量的量是

,

,在圖上標(biāo)出它們.③計(jì)算折射率的公式是n=P1P2P3P4解：①光路圖如圖所示Ori入射角i折射角rsini/sinr.第七頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二12.1用圓弧狀玻璃磚做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(guān)察，調(diào)整視線(xiàn)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和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及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下圖所示（O為兩圓弧圓心，圖中已畫(huà)出經(jīng)過(guò)P1、P2點(diǎn)的入射光線(xiàn)）（1）在圖上補(bǔ)畫(huà)出所需的光路。（2）為了測(cè)出玻璃璃磚的折射率，需要測(cè)量入射角和折射角，請(qǐng)?jiān)趫D中的AB分界面上畫(huà)出這兩個(gè)角。（3）用所測(cè)物理量計(jì)算折射率的公式n=

。DABCP4P1P2P3Ori第八頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二17.

（5分）為驗(yàn)證小燈泡（可看成點(diǎn)光源）光能的球面散射規(guī)律并測(cè)定其發(fā)光效率，有同學(xué)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn)：將一個(gè)“6V

8.0W”的小燈泡接入電路，使之正常發(fā)光，在燈泡燈絲的同一水平面、正對(duì)光線(xiàn)方向放一個(gè)測(cè)量光強(qiáng)的儀器，以測(cè)定與光源間距為d時(shí)相應(yīng)的光強(qiáng)值I，共測(cè)得以下9組數(shù)據(jù)（見(jiàn)下表）。然后將表內(nèi)數(shù)據(jù)分別在I-d，I-1/d和I-1/d2坐標(biāo)平面內(nèi)作出如下數(shù)據(jù)點(diǎn)，如圖（a）（b）（c）所示。d光強(qiáng)測(cè)量?jī)xd/×10-2m6.507.508.509.5010.511.512.513.514.5I/Wm-28.296.664.963.923.372.612.301.971.70第九頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）據(jù)這三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)圖,可以看出I與哪個(gè)量存在線(xiàn)性關(guān)系,因此可將I與d之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)為

，其中的常數(shù)k為

。

I/W·m-2d/×10-2m369121502.505.007.5010.00（a）（b）I/W·m-248121602.505.007.5010.00（c）I/W·m-20.51.01.52.02.502.505.007.5010.00（2）在與光源等距的各點(diǎn)，認(rèn)為光源向各方向發(fā)出的光強(qiáng)大小幾乎相等。依點(diǎn)光源光能向周?chē)臻g360°球面均勻散射的物理模型，寫(xiě)出光源的發(fā)光功率P0、光強(qiáng)值I及相應(yīng)的與光源距離d之間的關(guān)系式

。（球面面積公式S=4πr2）（3）根據(jù)以上條件，算出小電珠的電—光轉(zhuǎn)換效率η=

。I=k/d23.75×10-2WP0=4πd2I5.9%第十頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二12．（12分）實(shí)驗(yàn)桌上有外形十分相似的發(fā)光二極管和電容器各一只，它們的性能均正常。⑴現(xiàn)在用多用電表的歐姆擋，分別測(cè)量它們的正反向電阻。測(cè)量結(jié)果如下：測(cè)甲元件時(shí)，R正=0.5kΩ，R反=100kΩ；測(cè)乙元件時(shí)，開(kāi)始時(shí)指針偏轉(zhuǎn)到0.5kΩ，接著讀數(shù)逐漸增加，最后停在“∞”上。則甲、乙二個(gè)元件分別是

、

。⑵若想測(cè)量上述發(fā)光二極管的發(fā)光效率，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)：將一個(gè)標(biāo)有“0.5V1W”的發(fā)光二極管接入電路,使之正常發(fā)光,在發(fā)光二極管的同一水平面、正對(duì)光線(xiàn)方向放一個(gè)光強(qiáng)探頭，以測(cè)定與光源間距為d時(shí)相應(yīng)的光強(qiáng)值I(單位面積上光的照射功率).光強(qiáng)探頭光強(qiáng)記錄儀標(biāo)尺d（甲）發(fā)光二極管電容器第十一頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二①根據(jù)圖中三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)圖，可以將I與d之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式寫(xiě)為

，其中的常量為

。d/×10-2m2.503.504.505.506.507.508.509.50I/W·m-232.0016.339.976.614.733.562.772.22d/10-2mI/W·m-2048301050240206100.20.40.8301050（乙）d–1/102m-1I/W·m-20.640200d-2/103m-2I/W·m-20.40.81.22.01.640205030100實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如下表，并用一數(shù)字圖象處理器將表內(nèi)數(shù)據(jù)分別在I-d、I-d-1、I-d-2坐標(biāo)平面內(nèi)標(biāo)得如下數(shù)據(jù)點(diǎn)，如圖乙所示。0.02W（±0.002W）第十二頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二②若把發(fā)光二極管看成點(diǎn)光源，在與點(diǎn)光源等距離的各點(diǎn)，可以認(rèn)為光源向各個(gè)方向發(fā)出的光強(qiáng)大小幾乎相等。此時(shí)，我們可以建立一個(gè)點(diǎn)光源散射