新高考物理人教版一輪復習學案 實驗二十 測量玻璃的折射率

實驗二十測量玻璃的折射率

實驗溯本求源

一、實驗原理與操作

裝置圖及思路

操作要領(lǐng)

⑴鋪白紙、畫線

①如圖所示，將白紙用圖釘按在繪圖板上，先在白紙上畫

出一條直線aa作為界面，過aa，上的一點0畫出界面的法線

NN，，并畫一條線段A0作為入射光線

②把平行玻璃磚平放在白紙上，使它的長邊跟aa，對齊，

畫出玻璃磚的另一條長邊bb'

(2)插針與測量

①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針Pi、P2,透過玻璃

磚觀察大頭針Pi、P2的像，調(diào)整視線的方向，直到Pi的像被

P2擋住，再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P3、P4,使P3

擋住Pl、P2的像，P4擋住Pl、P2的像及P3，記下P3、P4的位

置

②移去玻璃磚連接P3、P4并延長交bb吁0、連接00，

即為折射光線，入射角&=NA0N,折射角伍=/0,0用

③用量角器測出入射角和折射角，查出它們的正弦值

④改變?nèi)肷浣恰?，重復實驗，記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù)

思路：用插針法找出與入射光線A0對應的出射光線0B,

確定出O'點，畫出折射光線00',然后測量出角01和。2,根

據(jù)n=豐計算玻璃的折射率.

sin02

二、數(shù)據(jù)處理

1.計算法

用量角器測量入射角8和折射角02,并查出其正弦值S譏

&和S%02,算出不同入射角的曾值，并取平均值.

sin02

2.作s加9i-s加。2圖像

改變不同的入射角&,測出不同的折射角仇,作sinOi-sin

①圖像，由n=W咚可知圖像應為直線，如圖所示，其斜率

sin02

為折射率.即n=k.

3.“單位圓法”確定s%&、sin02,計算折射率n

以入射點O為圓心，以一定長度R為半徑畫圓，交入射

光線AO于P點，交折射光線00,于Q點，過P作CD的垂

線PN,過Q作CD的垂線QN，，如圖所示，則s初&=粉，或

a=鬻，又OP=OQ=R,則口=吟=懸，

0Qsin02QN，

只要用刻度尺測出PN,QN，的長度就可以求出n.

?注意事項

(1)實驗時，應盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2

之間、P3和P4之間、P2與0、P3與O'之間距離要稍大一些.

(2)入射角01不宜太大(接近90°),也不宜太小.

(3)操作時，手不能觸摸玻璃穂的光潔光學面，更不能把

玻璃成界面當作尺子畫界線.

(4)實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變.

(5)玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5c根以上，若寬度太

小，則測量誤差較大.

?誤差分析

(1)入射光線、出射光線確定的準確性造成誤差，故入射

側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應大一些.

(2)入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應適當大

些，以減小測量的相對誤差.

實驗熱點探究

熱點一教材原型實驗

例1[2019?天津卷]某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用

器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙.

(1)下列哪些措施能夠提高實驗準確程度.

A.選用兩光學表面間距大的玻璃磚

B.選用兩光學表面平行的玻璃磚

C.選用粗的大頭針完成實驗

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驗，記錄的玻璃磚

界線和四枚大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實驗操作正確

的是.

(3)該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫岀光

線的徑跡，以入射點O為圓心作圓，與入射光線、折射光線

分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN，的垂線，垂足分

另IJ為C、D點，如圖所示，則玻璃的折射率1)=.(用

圖中線段的字母表示)

練1由于實驗室中矩形玻璃穂的數(shù)量不夠，部分同學需

改用直角三棱鏡做“測定玻璃的折射率”的實驗，實驗步驟如

下：

。.如圖所示，先在一張白紙上作相互垂直的直線ab、ab

作為三棱鏡的兩個界面，并在直線上標岀點0；

b.標出P3、P4位置;

C.將三棱鏡放在白紙上，使短邊跟ab對齊，長邊跟ab

對齊；

d.在長邊aE的外側(cè)透過三棱鏡觀察大頭針Pi、P2的像,

調(diào)整視線方向，直到P1的像完全被P2擋??；

e.在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、

P2的像,P4擋住Pl、P2的像和P3；

/.在0點作一垂直ab的線段0A,在0A上垂直地插兩

枚大頭針Pi、P2；

g.移去三棱鏡和大頭針，連接P3P4,交ab于0、過0,

點作與a&垂直的法線MN；

人.作光路圖，計算折射率n.

(1)正確的實驗步驟順序為.

(2)請在圖中畫出準確完整的光路圖.

⑶請根據(jù)圖中所給數(shù)據(jù)，求岀該玻璃的折射率

練2（1）在“測定玻璃的折射率”的實驗中，小朱同學在實

驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的實驗

器材，他認為缺少一種器材，請你寫出所缺器材的名稱：

.老師將器材配齊后，他進行實驗，圖乙是他在操作

過程中的一個狀態(tài)，請你指出第四枚大頭針應在圖乙中的位置

（填或"C”）.

（2）小紅利用方格坐標紙測定玻璃的折射率，如圖丙所示,

A0是畫在紙上的直線，她在直線A0適當位置豎直插上Pi、

P2兩枚大頭針，放上半圓形玻璃磚（如圖丙中粗黑線所示），然

后插上P3、P4兩枚大頭針，以確定折射光線.其中她確定P3

大頭針位置的方法應當是：

操作完成后，她用圓規(guī)作了一個以0為圓心，半徑與玻

璃磚半徑相同的半圓（如圖丙中虛線所示）.則她測出玻璃的折

射率n=.

熱點二實驗拓展創(chuàng)新

例2一實驗小組在做插針法“測定玻璃的折射率”實驗

時，發(fā)現(xiàn)老師給的一塊兩面平行的玻璃磚，其中一面aa，是鍍

銀面，光線能反射但不能穿過，于是利用觀察反射光線插針法

測折射率，如甲圖所示，四個黑點Pl、P2、P3、P4依次分別為

四個插針位置，乙圖為畫好邊界線移去玻璃后的光路圖，圖中

M為00,的中點.

(1)請在圖乙中畫出玻璃內(nèi)的光路，并標出光線進入玻璃

時的入射角。1和折射角02.

(2)用所給的字母，寫岀求解玻璃折射率的表達式n=

(3)某同學將玻璃邊界線畫為丙圖中的兩條虛線，則測岀

的折射率與實際值相比將會偏(選填“大”或

“小”).

練3小李同學利用激光筆和角度圓盤測量半圓形玻璃

磚的折射率，如圖所示是他采用手機拍攝的某次實驗現(xiàn)象圖，

①、②、③是三條光線，固定好激光筆，然后將圓盤和玻璃磚

一起順時針繞圓心緩慢轉(zhuǎn)動了5。角，發(fā)現(xiàn)光線(選填

“①”“②”或“③”)恰好消失了，那么這次他所測得半圓

形玻璃磚的折射率n=.

練4某同學測量玻璃磚的折射率，準備了下列器材：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

O點射向玻璃磚上表面，在直尺上觀察到A、B兩個光點，讀

出0、A間的距離為20.00的,A、B間的距離為6.00鄧,測

得圖中直尺到玻璃磚上表面距離di=10.00cm,玻璃磚厚度d2

=4.00cm.玻璃的折射率n=,光在玻璃磚中傳播速

度v=而s(光在真空中傳播速度c=3.0X108m/5,結(jié)

果均保留兩位有效數(shù)字).

實驗二十測量玻璃的折射率

實驗熱點探究

例1解析：本實驗考查光學中測定玻璃折射率的操作方

法、誤差分析、數(shù)據(jù)處理，培養(yǎng)考生的實驗能力，體現(xiàn)實驗探

究中證據(jù)、解釋的素養(yǎng)要素.

(1)所用玻璃磚兩表面是否平行，與提高實驗精確度無關(guān),

故B錯.選用細的大頭針有利于提高精確度，故C錯.所用

玻璃磚兩表面及插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針的間距盡量大

些，可以減小測量的相對誤差，故A、D均正確.

(2)利用平行玻璃磚做本實驗時，入射光線進入玻璃

磚后折射光線靠近法線，而穿出玻璃磚的光線與入射光線平

行，故根據(jù)孔洞作出的兩條光線應平行且下面的光線應向左錯

開一小段距離.故A、B、C錯誤，D正確.

AC

(3)由折射率的定義式可知，片碧鑑=韶=慈

BO

答案：(1)AD(2)D(3魚

DU

練1解析：(1)測定玻璃的折射率時，先在白紙上作出玻

璃磚的邊界，選定入射點，確定入射光線，然后把玻璃磚放在

白紙上，確定出折射光線；撤去玻璃磚，作出光路圖，求出入

射角與折射角，根據(jù)折射率的定義式求出折射率，因此合理的

實驗步驟是：afcdebgh.

(2)折射光路如圖所示：

(3)由幾何知識可知,4=30。，a=45。，

玻璃的折射率〃=嘰=噹=亜.

sinpsin30°

答案：(l)afcdebgh(2)見解析圖(3)或

練2解析：(1)本實驗需要用刻度尺測量相應長度以計算

入射角、折射角的正弦值，通過平行介質(zhì)的入射光線和折射光

線是平行的，所以第四枚大頭針的位置應該在8處.(2)正確

的操作是透過玻璃磚看，尸3大頭針擋住R、尸2兩枚大頭針的

像，設(shè)入射光線與圓的交點為。，出射光線與圓的交點為。，

過。、O分別作對稱軸的垂線，交點分別為“、N,如圖,

f]_ND_1_

貝ijn=—=1.5.

MC

答案：(1)刻度尺B

(2)透過玻璃磚看，尸3大頭針擋住尸1、尸2兩枚大頭針的像

1.5

例2解析：

(1)分