適用于新高考新教材廣西專版2024屆高考物理一輪總復習第13章光學電磁波相對論實驗18測定玻璃的折射率課件

實驗18測定玻璃的折射率第十三章內(nèi)容索引010203強基礎增分策略增素能精準突破練思維遷移運用強基礎增分策略1.實驗目的測定玻璃的折射率,掌握光發(fā)生折射的入射角和折射角的確定方法。2.實驗原理用插針法找出與入射光線AO對應的出射光線O'B,確定出O'點,畫出折射光線OO',然后測量出角θ1和θ2,根據(jù)

計算玻璃的折射率。θ1為空氣中的角,θ2為玻璃中的角3.實驗器材白紙、圖釘、大頭針、刻度尺、鉛筆、量角器、平木板、長方形玻璃磚。

4.實驗步驟(1)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O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為入射光線。②把平行玻璃轉(zhuǎn)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P1、P2,透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調(diào)整視線的方向,直到P1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P1、P2的像,P4擋住P1、P2的像及P3,記下P3、P4的位置。

P3、P4連線即為光線AO的出射光線②移開玻璃磚連接P3、P4并延長交bb'于O',連接OO'即為折射光線,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'。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)肷浣铅?,重復實驗,記錄相關測量數(shù)據(jù)。5.數(shù)據(jù)處理(1)計算法:計算每次折射率n,求出平均值

。(2)圖像法(如圖所示)

(3)單位圓法(如圖所示)6.誤差分析(1)入射光線、出射光線確定的準確性造成誤差,故在入射側(cè)和出射側(cè)所插兩枚大頭針的間距應大一些。(2)入射角和折射角的測量造成誤差。入射角應適當大一些,可以減小測量的相對誤差。易錯辨析

(1)做測定玻璃的折射率實驗時,應盡可能將大頭針豎直插在紙上。(

)(2)做測定玻璃的折射率實驗時,入射角越大越好。(

)(3)做測定玻璃的折射率實驗時,應把玻璃磚界面當作尺子直接畫界線。(

)√××增素能精準突破考點一實驗原理與操作典例1.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個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,在白紙上畫出光線的徑跡,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,垂足分別為C、D點,如圖所示,則玻璃的折射率n=

。(用圖中線段的字母表示)

答案

(1)AD

(2)D

(3)解析

(1)在插針法測定玻璃的折射率實驗中,使用兩光學面間距大的玻璃磚能更準確地確定玻璃磚內(nèi)光線的位置,有利于減小實驗誤差,而兩光學面是否平行對測量折射率沒有影響,選項A正確,B錯誤;插針時要求后插的針擋住先插的針或先插的針的像,故選用細一點的大頭針能更準確地確定光線位置,提高實驗精確度,選項C錯誤;實驗中是根據(jù)同側(cè)兩枚大頭針的連線來確定入射光線或出射光線,故距離大些更好,選項D正確。

(2)由題圖可知實驗使用的是平行玻璃磚,故出射光線應該與入射光線平行,選項A出射光線與入射光線在同一直線上,選項B、C中出射光線與入射光線不平行,故只有選項D正確?？碱}點睛

考點考向點睛測折射率的原理光學中的幾何關系規(guī)律:控制實驗條件準確操作實驗,以保證得到的入射角和折射角的準確性方法:用后插大頭針擋住前插大頭針的像及兩點決定一直線來畫出入射光線和折射光線,從而找出入射角和折射角,利用單位圓計算出n易錯:兩光學面不必平行,只需畫出入射光線和折射光線就能求得折射率考點二實驗數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例2.用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實驗時,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)觀察,調(diào)整視線使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,在紙上標出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓,如圖甲所示,其中O為兩圓弧圓心,圖中已畫出經(jīng)P1、P2點的入射光線。(1)在圖甲上補畫出光路以及入射角i和折射角r。(2)用所測物理量計算折射率的公式為n=

。

(3)為了保證在弧面CD得到出射光線,實驗過程中,光線在弧面AB的入射角應適當

(選填“小一些”“無所謂”或“大一些”)。

(4)多次改變?nèi)肷浣?測得幾組入射角和折射角,根據(jù)測得的入射角和折射角的正弦值,畫出了如圖乙所示的圖像,由圖像可知該玻璃磚的折射率n=

。

解析

(1)連接P3、P4與CD交于一點,此交點即為光線從玻璃磚中射出的位置,由于P1、P2的連線與AB的交點即為光線進入玻璃磚的位置,連接兩交點即可作出玻璃磚中的光路,如圖所示。(2)由折射定律可得n=。(3)為了保證能在弧面CD上有出射光線,實驗過程中,光線在弧面AB上的入射角應適當小一些,才不會使光線在CD面上發(fā)生全反射。(4)圖像的斜率k==n,由題圖乙可知斜率為1.5,即該玻璃的折射率為1.5?？碱}點睛

考點考向點睛測折射率的數(shù)據(jù)處理和誤差分析規(guī)律:畫出入射光線和折射光線,找出入射角和折射角,用圖像法處理sini與sinr的大小,計算出折射率方法:利用圖像的斜率表示折射率n易錯:光從圓弧狀玻璃出射時為防止發(fā)生全反射,在AB面入射時,入射角應小一些練思維遷移運用1.(2022重慶渝北期中)某同學用“插針法”測量玻璃的折射率,所用玻璃磚兩面平行。正確操作后,作出的光路圖及測出的相關角度如圖甲所示。(1)某同學操作不慎,將規(guī)則的玻璃磚傾斜一定角度后,仍準確記下玻璃磚的四個分界面,如圖乙,其他操作完全正確,則玻璃磚折射率的測量值與真實值相比

(選填“變大”“變小”或“不變”)。

(2)另一同學已記錄好了玻璃磚的兩個分界面,操作不慎,將玻璃磚的位置稍微向下平行移動了一小段距離,如圖丙,其他操作完全正確,則玻璃磚折射率的測量值與真實值相比

(選填“變大”“變小”或“不變”)。

(3)如圖丁利用“插針法”測量不平行玻璃磚折射率。實驗數(shù)據(jù)處理采用如下方法:以入射點O為圓心,取一合適的長度為半徑作圓,該圓與入射光線PO交于M點,與折射光線OO'的延長線交于F點,過M、F點分別向法線作垂線,其垂足分別為N、E,現(xiàn)測得lMN=1.68cm,lEF=1.12cm,則該玻璃磚的折射率n=

。

答案

(1)不變

(2)不變

(3)1.5解析

(1)雖然將規(guī)則的玻璃磚傾斜一定角度,但準確記下玻璃磚的四個分界面,能準確得到入射光線與折射光線,因此玻璃磚折射率的測量值與真實值相等。(2)如圖玻璃磚折射率的測量值為由圖得θ1'=θ1θ2'=θ2比較可得n'=n。2.(2022四川雅安期中)(1)在測量玻璃的折射率時,實驗室提供了多種形狀的玻璃磚供同學們使用,某實驗小組使用兩種不同形狀的玻璃磚進行實驗,他們在紙上畫出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關系分別如圖甲中1、2所示,他們的其他操作均正確,下列說法正確的是

。

A.學習小組沒有量角器和圓規(guī),利用刻度尺和三角板也可以測出玻璃磚的折射率B.光線從矩形玻璃磚上表面入射后,再從下表面射出,可能在下表面發(fā)生全反射C.圖1測得的折射率比真實值小D.圖2測得的折射率比真實值大(2)另一個實驗小組使用半圓柱玻璃磚測量玻璃的折射率,他們的操作步驟如下:A.用毫米刻度尺量出半圓柱玻璃磚的直徑d,然后確定圓心的位置,記在玻璃磚上;B.在白紙上畫一條直線作為入射光線,并在入射光線上插兩枚大頭針P1和P2;C.讓入射光線與玻璃磚的直徑垂直,入射光線經(jīng)過圓心O;D.以垂直于紙面過圓心O的直線為軸,緩慢逆時針轉(zhuǎn)動玻璃磚,同時調(diào)整視線方向,直到從玻璃磚下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圓柱玻璃磚的直徑畫一條直線AB,過O畫AB的垂線與半圓交于C點,過圓上的C點作垂直于P1P2延長線的直線交P1P2延長線于D,如圖乙所示。①看不到P2和P1的像是因為發(fā)生了

。

②只使用毫米刻度尺,且計算簡潔,還需要測量

(選填“OD”或“CD”)的長度,記作l。

③玻璃磚的折射率的表達式n=

。

解析

(1)在入射光線和折射光線上取兩個離入射點較遠的點,分別向法線作垂線,用刻度尺量出入射角和折射角的對角和斜邊的長度,求出入射角和折射角的正弦值,根據(jù)折射定律計算出折射率,故A正確;由于上下表面平行,光線從上表面射入下表面射出,入射角等于出射角且小于90°,則不可能在下表面發(fā)生全反射,故B錯誤;在圖1中,通過作圖的方法,根據(jù)幾何關系可知,所得到的光在介質(zhì)中的折射角偏大,則所測得的折射率偏小,故C正確;在圖2中,只要操作正確,測量結(jié)果與玻璃磚的形狀無關,測得的折射率等于真實值,故D錯誤。(2)①從玻璃磚下方恰好看不到P2和P1的像,則P2和P1的像是發(fā)生了全反射。3.(2021全國乙卷)用插針法測量上、下表面平行的玻璃磚的折射率。實驗中用A、B兩個大頭針確定入射光路,C、D兩個大頭針確定出射光路,O和O'