2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實驗增分 專題15 測定玻璃的折射率學(xué)案

實驗十五測定玻璃的折射率考綱要求考情分析命題趨勢測定玻璃的折射率2015·北京卷，21(1)高考主要側(cè)重考查以下三個方面：1.實驗操作的規(guī)范性考查；2.實驗數(shù)據(jù)的記錄和分析；3.實驗誤差分析知識梳理·夯實基礎(chǔ)一、實驗?zāi)康臏y定玻璃磚的折射率二、實驗原理如圖所示，abba為兩面平行的玻璃磚，光線的入射角為1，折射角為2，根據(jù)n可以計算出玻璃的折射率三、實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆四、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的法線NN3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，使玻璃磚的一個長邊與直線aa對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb5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，然后在觀察這一側(cè)插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像6移去玻璃磚，撥去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線OB及出射點O，連接O、O得線段OO7用量角器測量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 28改變?nèi)肷浣牵貜?fù)實驗，算出不同入射角時的，并取平均值五、數(shù)據(jù)處理1計算法：用量角器測量入射角1和折射角2，算出不同入射角時的，并取平均值2圖象法：改變不同的入射角1，測出不同的折射角2，作sin 1sin 2圖象，由n可知圖象應(yīng)為直線，如圖所示，其斜率就是玻璃的折射率3輔助線段法：利用直尺作輔助線，測出輔助線的長度大小，求玻璃的折射率如圖所示，作輔助線，且垂直于，量出、，作輔助線，且垂直于，量出、，則sin 1，sin 2，即可求出n4單位圓法：以入射點O為圓心，以適當(dāng)長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點，交折射光線OO于E點，過E作NN的垂線EH，過E作NN的垂線EH.如圖所示，sin 1，sin 2，OEOER，則n.只要用刻度尺量出EH、EH的長度就可以求出n六、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，以減小測量的相對誤差七、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1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)太大：反射光較強，出射光較弱；太小：入射角、折射角測量的相對誤差較大3操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，更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5 cm以上，若寬度太小，則測量誤差較大核心考點·分層突破考點1實驗原理和操作例1如圖所示，用某種透光物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC；在垂直于AC面的直線MN上插兩枚大頭針P1、P2，在AB面的左側(cè)透過棱鏡觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向，直到P1的像_讓P2的像擋住_，再在觀察的這一側(cè)先后插上兩枚大頭針P3、P4，使P3_擋住P1、P2的像_，P4_擋住P3以及P1、P2的像_.記下P3、P4的位置，移去大頭針和三棱鏡，過P3、P4的位置作直線與AB面相交于D，量出該直線與AB面的夾角為45°.則透光物質(zhì)的折射率n！#，并在圖中畫出正確完整的光路圖解析通過作圖找出BC面上的反射點和AB面上的出射點，則由幾何知識可得各角的大小，如圖所示，則n，其實驗原理與用兩面平行的玻璃磚相同，故P1的像讓P2的像擋住，P3擋住P1、P2的像，P4應(yīng)擋住P3以及P1、P2的像考點2數(shù)據(jù)處理和誤差分析例2某同學(xué)利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行正確操作后，作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖所示(1)此玻璃的折射率計算式為n！#(用圖中的1、2表示)；(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度_大_(選填“大”或“小”)的玻璃磚來測量解析(1)根據(jù)折射率公式可知n(2)在入射角相同的情況下，玻璃磚寬度越大，光線穿過時的側(cè)移量就會越大，出射光線更容易找出，測量時誤差越小對應(yīng)演練·遷移運用1如圖甲所示為光學(xué)實驗用的長方體玻璃磚，它的_光學(xué)_面不能用手直接接觸在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個針孔的位置不同，分別為d、e兩點，如圖乙所示計算折射率時，用_d_(選填“d”或“e”)點得到的值較小，用_e_(選填“d”或“e”)點得到的值誤差較小解析光學(xué)面若被手接觸污染，會影響觀察效果，增加實驗誤差；分別連接cd和ce并延長到界面，與界面分別交于O1、O2兩點，由n不難得出用d點得到的折射率值較小，過c點的出射光線應(yīng)平行于ab，利用直尺比對并仔細(xì)觀察，可知ceab，故用e點得到的折射率值誤差較小2某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率開始玻璃磚的位置如圖中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動，同時在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象恰好消失此時只須測量出_玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度_，即可計算玻璃磚的折射率請用你測量的量表示出折射率n！#解析光線指向圓心入射時不改變傳播方向，恰好觀察不到P1、P2的像時發(fā)生全反射，測出玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度，此時入射角即為全反射臨界角，由sin 得n3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(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖所示(O為兩弧圓心；圖中已畫出經(jīng)過P1、P2點的入射光線)(1)在圖上補畫出所需的光路圖(2)為了測出玻璃磚的折射率，需要測量入射角和折射角，請在圖中的AB分界面上標(biāo)出這兩個角(3)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象，由圖象知玻璃磚的折射率n_1.5_解析(1)P3、P4的連線與CD的交點即為光線從玻璃磚中射出的位置，P1、P2的連線與AB的交點即為光線進入玻璃磚中的光路，如圖所示(2)連接O點與光線在AB上的入射點即為法線，作出入射角和折射角如上圖中i、r所示(3)圖象的斜率k，由圖乙可知斜率為1.5，即該玻璃磚的折射率為1.54在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學(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、和所示，其中甲、丙兩同學(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(1)甲同學(xué)測得的折射率與真實值相比_偏小_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)(2)乙同學(xué)測得折射率與真實值相比_不變_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)(3)丙同學(xué)測得的折射率與真實值相比_可能偏大、可能偏小、可能不變_解析(1)用圖測定折射率時，會導(dǎo)致玻璃中折射光線偏折小了，所以折射角增大，折射率減小(2)用圖測折射率時，只要操作正確，與玻璃磚形狀無關(guān)(3)用圖測折射率時，因為界面bb部分在玻璃磚外側(cè)，部分在內(nèi)側(cè)，故無法確定折射光線偏折的大小，所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變6