第3講 實(shí)驗(yàn)：測量玻璃的折射率

第3講實(shí)驗(yàn)：測量玻璃的折射率開始0102實(shí)驗(yàn)知能·系統(tǒng)歸納遷移應(yīng)用·發(fā)展素養(yǎng)第3講實(shí)驗(yàn)：測量玻璃的折射率(基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn))一、理清原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)(2)插針與測量①在AO上插上兩枚大頭針P1、P2，在玻璃磚另一側(cè)通過觀察插上大頭針P3、P4②移去玻璃磚和大頭針，連接P3、P4交bb′于O′，連接OO′③測出入射角θ1、折射角θ2三、掃描實(shí)驗(yàn)盲點(diǎn)1．注意事項(xiàng)(1)玻璃磚要用厚度較大的。(2)入射角不宜過大或過小，一般控制在30°到60°之間。(3)大頭針要豎直插在白紙上，且距離應(yīng)適當(dāng)大一些。(4)玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線。2．誤差分析(1)入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差，故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些。(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測量的相對(duì)誤差。1．(2023·麗水模擬)小明利用插針法做“測定玻璃磚的折射率”實(shí)驗(yàn)，正確操作后在白紙上畫出了入射光線和折射光線，由于沒有量角器，小明采用以下方法處理數(shù)據(jù)：以入射點(diǎn)O為圓心在白紙上作圓，該圓與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn)，再過A、B點(diǎn)作法線MN的垂線，垂足分別為C、D點(diǎn)，如圖1所示，然后改變?nèi)肷浣?，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并仍按上述方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；設(shè)AC、BD的長度分別為x、y，小明一共獲得了8組x、y值，并在y-x坐標(biāo)系中描出各對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，如圖2所示，根據(jù)圖可求得該玻璃磚的折射率為____________。(保留三位有效數(shù)字)答案：1.50(1.40～1.60均正確)2．(2023·臺(tái)州模擬)如圖所示，某同學(xué)在“測量玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa′和bb′，O為直線AO與aa′的交點(diǎn)，在直線OA上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針。(1)該同學(xué)接下來要完成的必要步驟有_________。A．插上大頭針P3，使P3僅擋住P2的像B．插上大頭針P3，使P3擋住P2的像和P1的像C．插上大頭針P4，使P4僅擋住P3D．插上大頭針P4，使P4擋住P3和P2、P1的像(2)過P3、P4作直線交bb′于O′，過O作垂直于aa′的直線NN′，連接OO′測量圖中角α和β的大小，則玻璃磚的折射率n＝__________。(3)如果在實(shí)驗(yàn)過程中不小心將玻璃磚向上平移了一些，bb′移到圖中虛線位置，而在作光路圖時(shí)aa′不變，則所測得的折射率將__________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。(4)若所使用的玻璃磚的界面bb′與aa′不平行，其他操作無誤，則所測得的折射率將________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。解析：(1)確定P3大頭針的位置的方法是插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像。確定P4大頭針的位置的方法是插上大頭針P4，使P4擋住P3和P1、P2的像，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確。(3)如果在實(shí)驗(yàn)過程中不小心將玻璃磚向上平移了一些，bb′移到圖中虛線位置，而在作光路圖時(shí)aa′不變，作出光路圖：線①表示實(shí)際的光路，線②表示作圖時(shí)所用的光路，可見，測量得到的入射角沒有變化，而折射角偏小，根據(jù)折射率公式可知所測得的折射率將偏大。(4)測折射率時(shí)，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關(guān)。所以若所使用的玻璃磚的bb′與aa′不平行，其他操作無誤，則所測得的折射率將不變。3．某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。(1)下列說法正確的是________。A．入射角越大，折射率的測量越準(zhǔn)確B．入射角越小，折射率的測量越準(zhǔn)確C．應(yīng)選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D．插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn)，記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是________。(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點(diǎn)O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn)，再過A、B點(diǎn)作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點(diǎn)，如圖所示，則玻璃的折射率n＝____________。(用圖中線段AC、BD表示)解析：(1)入射角合適即可，不是越大或越小誤差就越小，A、B錯(cuò)誤；應(yīng)選用細(xì)的大頭針完成實(shí)驗(yàn)，這樣光線的確定才會(huì)比較準(zhǔn)確，C錯(cuò)誤；插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些，這樣確定的光線方向比較準(zhǔn)確，D正確。(2)入射光線與出射光線平行，并且光線在玻璃中與法線的夾角要小于空氣中與法線的夾角，故選D。4．某同學(xué)為測量玻璃磚的折射率，準(zhǔn)備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚。如圖所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上的O點(diǎn)射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個(gè)光點(diǎn)，讀出OA間的距離為20.00cm，AB間的距離為6.00cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1＝10.00cm，玻璃磚厚度d2＝4.00cm。(1)請(qǐng)?jiān)趫D中作出到達(dá)B點(diǎn)光線的光路圖；(2)玻璃的折射率n＝____________(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。解析：(1)作出光路圖如圖所示。答案：(1)見解析圖(2)1.25．做測量玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí)，同學(xué)們被分成若干實(shí)驗(yàn)小組，以下是其中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)情況：(1)甲組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)，用他們測得的多組入射角i與折射角r作出sini-sinr圖像如圖甲所示，則下列判定正確的是________。A．光線是從空氣射入玻璃的B．該玻璃的折射率約為0.67C．該玻璃的折射率約為1.5D．該玻璃置于空氣中時(shí)臨界角為45°(2)乙組同學(xué)先畫出圖乙所示的坐標(biāo)系，再在y＜0區(qū)域放入某介質(zhì)(以x軸為界面)，并通過實(shí)驗(yàn)分別標(biāo)記了折射光線、入射光線、反射光線通過的一個(gè)點(diǎn)，它們的坐標(biāo)分別為A(8cm,3cm)、B(1cm，－4cm)、C(7cm，－4cm)，則：①入射點(diǎn)O′(圖中未標(biāo)出)的坐標(biāo)為__________；②通過圖中數(shù)據(jù)可以求得該介質(zhì)的折射率n＝__________。6．在“測量玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組在白紙上放好玻璃磚MNPQ，畫出玻璃磚與空氣的兩個(gè)界面aa′和bb′(如圖)。(1)實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)的三位同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中：①第一位同學(xué)在紙上正確畫出了玻璃磚的兩個(gè)折射面aa′和bb′。因不慎碰動(dòng)了玻璃磚，使它向aa′方向平移了一點(diǎn)(如圖1所示)，以后的操作都正確無誤，并仍以aa′和bb′為折射面畫出了光路圖，這樣測出的折射率n的值將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)；②第二位同學(xué)為了避免筆尖觸劃玻璃磚的折射面，畫出的aa′和bb′都比實(shí)際的折射面向外側(cè)平移了一些(如圖2所示)，以后的操作都正確無誤，并仍以aa′和bb′為折射面畫出了光路圖，這樣測出的折射率n的值將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)；③第三位同學(xué)的操作和所畫的光路圖都正確無誤，只是所用的玻璃磚的兩個(gè)折射面不平行(如圖3所示)。用這塊玻璃磚測出的折射率n的值將______(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。(2)另一實(shí)驗(yàn)小組的甲、乙、丙、丁四位同學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的插針結(jié)果，由圖可知：①從圖上看，肯定把針插錯(cuò)了的同學(xué)是______