高中物理 模塊要點(diǎn)回眸 第13點(diǎn) 測(cè)折射率實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新素材 滬科版選修3-4（通用）

第13點(diǎn)測(cè)折射率實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新 1形狀各異的玻璃磚實(shí)驗(yàn)中，如果沒有兩面平行的玻璃磚，也可采用三棱鏡、半圓形玻璃磚等進(jìn)行測(cè)量，只要利用“插針法”定出入射光線和出射光線，與界面的交點(diǎn)就是入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)就能作出折射光線，一樣可以測(cè)出折射率光路圖如圖1所示圖12巧妙的數(shù)據(jù)處理(1)如果沒有量角器，在完成光路后，可利用數(shù)學(xué)方法來計(jì)算其折射率，作法如圖2所示：以O(shè)點(diǎn)為圓心，任意長(zhǎng)為半徑畫圓，分別交線段OA于A點(diǎn)，交O、O連線的延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過A點(diǎn)作法線NN的垂線AB交NN于B，過C點(diǎn)作法線NN的垂線CD交NN于D點(diǎn)，用刻度尺量得、，由此可得出玻璃的折射率n.圖2如果沒有圓規(guī)，只有刻度尺，也可以直接取線段OA和OC相等，再作ABNN，CDNN，用刻度尺量得AB和CD即可顯然，以邊長(zhǎng)替代入射角、折射角的正弦值既方便又準(zhǔn)確(2)根據(jù)折射定律可得n，因此有sin rsin i.在多次改變?nèi)肷浣?、測(cè)量相對(duì)應(yīng)的入射角和折射角正弦值的基礎(chǔ)上，以sin i值為橫坐標(biāo)、以sin r值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如圖3所示描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過原點(diǎn)的直線圖3求解圖線的斜率，設(shè)斜率為k，則k，故玻璃磚折射率n.對(duì)點(diǎn)例題用“插針法”測(cè)定透明半圓柱玻璃磚的折射率，O為玻璃截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚的平面垂直，如圖4所示的四個(gè)圖中P1、P2、P3和P4是四個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)插針的結(jié)果圖4(1)在這四個(gè)圖中肯定把針插錯(cuò)了的是_(2)在這四個(gè)圖中可以比較準(zhǔn)確地測(cè)出折射率的是_計(jì)算玻璃的折射率的公式是_解題指導(dǎo)將P1P2看作入射光線，P3P4看作出射光線，由下圖知，入射光線與界面垂直，進(jìn)入玻璃磚后，傳播方向不變，由作出的光路圖可知A、C錯(cuò)誤；而B中光路雖然正確，但入射角和折射角均為零度，測(cè)不出折射率，只有D能比較準(zhǔn)確測(cè)出折射率，角度如圖中D所示，其折射率：n.答案(1)AC(2)Dn方法探究教材上是用長(zhǎng)方形玻璃磚做實(shí)驗(yàn)的，但并不是說只能用長(zhǎng)方形玻璃磚來做此實(shí)驗(yàn)，其實(shí)用截面為梯形、三角形、半圓形等形狀的玻璃磚都可以，只要能確定出折射光線的光路即可1在“測(cè)定玻璃磚的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)一塊兩面平行的玻璃磚用“插針法”找出入射光線對(duì)應(yīng)的折射光線，現(xiàn)在有甲、乙、丙、丁四位同學(xué)分別作出如圖5所示的四組插針結(jié)果(1)從圖中看肯定把針插錯(cuò)的同學(xué)是_(2)從圖中看，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度較高的同學(xué)是_圖5答案(1)乙(2)丁解析分別連接確定入射光線和折射光線的兩點(diǎn)，并延長(zhǎng)與玻璃磚上下界面分別交于O和O，連接OO后，可以確定入射光線和折射光線以及入射角i和折射角r.根據(jù)i>r和入射光線與出射光線平行的原則可以判斷出哪個(gè)同學(xué)把針插錯(cuò)，哪一個(gè)準(zhǔn)確度較高2如圖6所示，某同學(xué)用插針法測(cè)定一半圓形玻璃磚的折射率在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3.圖中MN為分界面，虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn)，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)圖6(1)設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1，AO的長(zhǎng)度為l2，CD的長(zhǎng)度為l3，DO的長(zhǎng)度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測(cè)量_，則玻璃磚的折射率可表示為_(2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測(cè)得玻璃磚的折射率將_(填“偏大”“偏小”或“不變”)答案(1)l1和l3l1/l3(2)偏大