【步步高】年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)十四 測(cè)定玻璃的折射率 新人教版選修34

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1、 實(shí)驗(yàn)十四　測(cè)定玻璃的折射率 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測(cè)定玻璃的折射率 二、實(shí)驗(yàn)原理 如圖1所示，abb′a′為兩面平行的玻璃磚，光線的入射角為θ1，折射角為θ2，根據(jù)n＝可以計(jì)算出玻璃的折射率． 圖1 三、實(shí)驗(yàn)器材 木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆． 四、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)O為入射點(diǎn)，作過(guò)O的法線NN′. 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(zhǎng)邊與直線aa′對(duì)齊，并畫出另一條長(zhǎng)邊的對(duì)齊線bb′. 5．眼睛

2、在bb′的一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察兩個(gè)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P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像． 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(diǎn)O′，連接O、O′得線段OO′. 7．用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2. 8．改變?nèi)肷浣牵貜?fù)實(shí)驗(yàn)，算出不同入射角時(shí)的，并取平均值． 五、誤差分析 1．入射光線和折射光線確定的不準(zhǔn)確性． 2．測(cè)量入射角和折射角時(shí)的誤差． 六、注意事項(xiàng) 1．玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的．

3、 2．大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上，且間隔要大些． 3．實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不宜過(guò)大或過(guò)小，一般在15～75之間． 4．玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線． 5．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚和白紙的相對(duì)位置不能改變． 記憶口訣 白紙上面畫邊緣，然后才放玻璃磚； 兩針決定入射光，再插一針擋兩像； 兩針兩像成一線，去磚畫圖是重點(diǎn)； 入射線，折射線，做出法線角出現(xiàn)； 入射角，折射角，不大不小是最好； 拿磚要觸毛玻面，插針豎直做實(shí)驗(yàn). 圖2 例1 一塊玻璃磚有兩個(gè)相互平行的表面，其中一個(gè)表面是鍍銀的 (光線不能通過(guò)此表面)．現(xiàn)要測(cè)定此玻璃磚的折射率，給定的器 材還有：

4、白紙、鉛筆、大頭針4枚(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度 的直角三角板、量角器．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個(gè)相 互平行的表面與紙面垂直．在紙面上畫出直線aa′和bb′，aa′表示鍍銀的玻璃表面，bb′表示另一表面，如圖2所示．然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2.用P1、P2的連線表示入射光線． (1)為了測(cè)量折射率，應(yīng)如何正確使用大頭針P3、P4？試在題圖中標(biāo)出P3、P4的位置． (2)然后，移去玻璃磚與大頭針．試在題圖中通過(guò)作圖的方法標(biāo)出光線從空氣到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2.簡(jiǎn)要寫出作圖步驟． (3)寫出用θ1、θ2表示的折射率公式n＝_______

5、_. 圖3 例2　實(shí)驗(yàn)室有一塊長(zhǎng)方體透明介質(zhì)，截面如圖3中ABCD所 示．AB的長(zhǎng)度為l1，AD的長(zhǎng)度為l2，且AB和AD邊透光，而BC 和CD邊不透光且射到這兩個(gè)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，經(jīng)折射后AD面上有光線射 出．甲、乙兩同學(xué)分別用不同的方法測(cè)量該長(zhǎng)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θ1不變，用一遮光板由A點(diǎn)沿AB緩慢推進(jìn)，遮光板前端推到P時(shí)，AD面上恰好無(wú)光線射出，測(cè)得AP的長(zhǎng)度為l3，則長(zhǎng)方體介質(zhì)的折射率可表示為n＝__________； (2)乙同學(xué)的做法是：緩慢調(diào)節(jié)射到AB面上光線的入射角，使

6、AD面也恰好無(wú)光線射出．測(cè)得此時(shí)射到AB面上光線的入射角為θ2，則長(zhǎng)方體介質(zhì)的折射率可表示為n＝____________； (3)θ1和θ2的關(guān)系為：θ1______θ2(填“>”、“<”或“＝”)． 圖4 例3　學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光 學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量液體折射率的儀器，如圖4所 示．在一圓盤上，過(guò)其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、 EF，在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2，并保 持P1、P2位置不變，每次測(cè)量時(shí)讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入 液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域 觀察P1、P

7、2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像，同學(xué)們通過(guò) 計(jì)算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可直接 讀出液體折射率的值，則： (1)若∠AOF＝30，OP3與OC的夾角為30，則P3處所對(duì)應(yīng)的折射率的值為________． (2)圖中P3、P4兩位置哪一處所對(duì)應(yīng)的折射率的值大？ 答：________________________________________________________________________. (3)作AO的延長(zhǎng)線交圓周于K，K處所對(duì)應(yīng)的折射率值應(yīng)為________. 1．關(guān)于“測(cè)定玻璃

8、的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中不正確的是 (　　) A．有一組入射角(θ1≠0)和折射角，便可以得出玻璃的折射率 B．在本實(shí)驗(yàn)中采用玻璃磚，這是因?yàn)橹挥胁ＡТu才能測(cè)出玻璃的折射率 C．本實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)步驟，都是為了找到給定的入射角的折射角而設(shè)計(jì)的 D．棱鏡、半圓形玻璃磚等都可以用來(lái)測(cè)定玻璃的折射率 圖5 2．用兩面平行的玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，已畫好玻璃磚 界面aa′和bb′，若不慎將玻璃磚向上平移了一些，放在圖5所 示的位置上，而實(shí)驗(yàn)中其他操作均正確，則測(cè)得的折射率將 (　　) A．偏大 B．偏小 C．不變

9、 D．無(wú)法確定 3．在用插針法測(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)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6①、②和③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 圖 6 甲同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)． 乙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)． 丙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________． 圖7 4．如圖7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

10、紙上垂直紙面插上大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入 射光線過(guò)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)． (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(guò)一小角度，由此測(cè)得玻璃磚的折射率將__

11、______(填“偏大”、“偏小”或“不變”)． 圖8 5．用三棱鏡做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好三棱鏡， 在棱鏡的一側(cè)插入兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(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、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、 P2的像，在紙上標(biāo)出的大頭針的位置和三棱鏡輪廓如圖8所示． (1)在本題的圖上畫出所需的光路． (2)為了測(cè)出棱鏡玻璃的折射率，需要測(cè)量的量是________，________，在圖上標(biāo)出它們． (3)計(jì)算折射率的公式是n＝________. 圖9 6. 用圓弧狀玻璃磚

12、做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，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 ?。又谘劬λ诘囊粋?cè)插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋 住P3及P1和P2的像．在紙上已標(biāo)出大頭針位置 和圓弧狀玻璃磚輪廓如圖9所示(O為兩圓弧圓心，圖中已畫出經(jīng)過(guò)P1、P2點(diǎn)的入射光 線) (1)在圖上補(bǔ)畫出所需的光路． (2)為了測(cè)出玻璃磚的折射率，需要測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出這兩個(gè)角． (3)用所測(cè)物理量計(jì)算折射率的公式是n＝____________. (4)為了保

13、證在弧面CD得到出射光線，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，光線在弧面AB的入射角應(yīng)盡量________(“小一些”或“無(wú)所謂”或“大一些”)． 答案 課堂探究 例1　(1)、(2)見解析　(3) 例2　(1) (2)　(3)> 例3　(1)　(2)P4對(duì)應(yīng)的折射率的值大 (3)1 隨堂訓(xùn)練 1．B 2．C　[經(jīng)過(guò)玻璃磚的光路如圖中實(shí)線所示，由于所作的玻璃磚分界 線不是實(shí)際的分界線，如圖中虛線所示，由幾何知識(shí)可知，測(cè)出 的折射角與真實(shí)的折射角相同．] 3．偏小　不變　可能偏大，可能偏小，也可能不變 4．(1)l1和l3　　(2)偏大 5．見解析 解析　(1)光路圖如圖所示，畫出通過(guò)P1、P2的入射光線， 交AC面于O，畫出通過(guò)P3、P4的出射光線交AB面于O′， 連接OO′，則光線OO′就是入射光線P1P2在三棱鏡中的 折射光線． (2)在所畫的圖上注明入射角θ1和折射角θ2，并畫出虛線部 分，用量角器量出θ1和θ2(或用直尺測(cè)出線段EF、OE、GH、OG的長(zhǎng)度)． (3)n＝(或因?yàn)閟in θ1＝，sin θ2＝，則n＝＝)． 6．(1)、(2)見解析　(3)　(4)小一些 解析　(1)光路圖如圖所示． (2)入射角θ1和折射角θ2如圖中所示 6