第十四章實驗十三測量玻璃的折射率-1

實驗十三測量玻璃的折射率目標要求1.掌握測量折射率的原理及方法.2.會用插針法測量玻璃的折射率．實驗技能儲備1．實驗原理如圖所示，當(dāng)光線AO以一定的入射角θ1透過一塊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O′B，從而畫出光從空氣射入玻璃后的折射光線OO′，求出折射角θ2，再根據(jù)n＝________________或n＝________計算出玻璃的折射率．2．實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆．3．實驗步驟(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O為入射點，作過O點的法線MM′.(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，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________________，再插上P4，使P4擋住________________．(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O′B及出射點O′，連接O、O′得到線段OO′.(7)用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.(8)改變?nèi)肷浣?，重?fù)實驗．4．?dāng)?shù)據(jù)分析(1)計算法用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角時的________________，并取平均值．(2)圖像法改變不同的入射角θ1，測出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2的圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖像應(yīng)是過原點的直線，如圖所示，其________為折射率．(3)“單位圓”法以入射點O為圓心，以一定的長度R為半徑畫圓，如圖所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝_______.只要用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出n.5．注意事項(1)實驗時，應(yīng)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O、P3與O′之間距離要稍大一些．(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)．(3)操作時手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，也不能把玻璃磚界面當(dāng)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(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上，若寬度太小，則測量誤差較大．考點一教材原型實驗例1某小組做測量玻璃的折射率實驗，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(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學(xué)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，如圖甲所示，則玻璃的折射率n＝________.(用圖中線段的字母表示)(4)在用插針法測量玻璃的折射率的實驗中，甲、乙兩位同學(xué)在紙上畫出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖乙中①、②所示，其中甲同學(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．則甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)；乙同學(xué)測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．例2用圓弧狀玻璃磚做測量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)在圖甲上補畫出所需的光路．(2)為了測出玻璃的折射率，需要測量入射角和折射角，請在圖甲中的AB分界面上標出這兩個角，分別用i和r表示．(3)為了保證在光線從弧面CD上射出，實驗過程中，光線在弧面AB的入射角應(yīng)適當(dāng)____________(選填“小一些”“無所謂”或“大一些”)．(4)多次改變?nèi)肷浣牵瑴y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，由圖像可知該玻璃的折射率n＝________.考點二探索創(chuàng)新實驗例3(2023·江蘇淮安市模擬)某同學(xué)用半圓柱玻璃磚做測量玻璃的折射率實驗，他的操作步驟如下：A．用毫米刻度尺量出半圓柱玻璃磚的直徑d，算出半徑r＝eq\f(d,2)，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．以圓心O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AB下方恰好看不到P2和P1的像，然后沿半圓柱玻璃磚直徑畫一條直線AB，并作出光路圖，如圖所示．(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，還需要測量________(選填“OD”或“CD”)的長度，記作l；(3)玻璃磚折射率的表達式n＝________.例4(2023·河南平頂山市龍河實驗高級中學(xué)模擬)實驗室有一塊長方體透明介質(zhì)，截面如圖中ABCD所示．AB的長度為l1，AD的長度為l2，且AB和AD邊透光，而BC和CD邊不透光，且射到這兩個邊的光線均被全部吸收．現(xiàn)讓一平行光束以入射角θ1射到AB面上，經(jīng)折射后AD面上有光線射出，甲、乙兩同學(xué)分別用不同方法測量該長方體介質(zhì)的折射率．(1)甲同學(xué)的做法是：保持射到AB面上光線的入射角不變，用遮光板由A點沿AB緩慢推進，遮光板前端推到P時，AD面上恰好無光線射出，測得AP的長度為l3，則長方體介質(zhì)的折射率可表示為n＝_________