【K12教育学习资料】2019年高考物理总复习第59讲实验十二测定玻璃的折射率讲义

测定玻璃的折射率[实验目的]1、验证光的折射定律；2、学习插针法测定玻璃的折射率的方法；3、测定玻璃的折射率。

[实验原理]插针法确定光路的基本原理。

当后两枚大头针与前两枚大头针在玻璃中的虚像处于同一视线上时，四枚大头针处于同一光路上。

用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线；用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率n=sini/sinr[实验器材]矩形玻璃砖1块、8开白纸1张、大头针4枚、三角板1副、量角器1只、平整松软木板(与8开纸大小相当)1块、铅笔。

[实验步骤]1、将白纸平铺在木板上，在纸上画一条直线aa',从aa'上某点画出aa'的法线•NN',•并画出一条射线•OA表示入射光线,∠AON为入射角。

2、沿OA线插入两枚大头针 P1、P2。

3、把玻璃砖放在白纸上,使它的一条长边沿着aa'直线,•画出玻璃砖的另一长边。

4、在bb'侧插入第三根大头针P3,并移动P3，使得沿P3通过玻璃砖望过去,•P3挡住P1、P2的像。

5、插入第4根大头针P4,使得P4 挡住P1、P2、P3的像。

6、过P3、P4作直线,交bb'于O'点。

7、拨去所有的大头针,拿掉玻璃砖,并且连接OO'。

则∠O'ON'为折射角。

8、用量角器量出∠AON和∠O'ON',利用折射率公式算出折射率。

9、分别求出当入射角是30°、45°、60°、75°时的折射率,求出平均值。

[注意事项]1、先在白纸上画一直线作为玻璃砖的界面, 再画玻璃砖的另一界面时，对齐玻璃砖的另一长边，用大头针确定两点,并以此两点画直线bb'作为玻璃砖的这一界面。

不能用铅笔直接靠着玻璃砖画,以免损伤玻璃砖的光学表面。

2、大头针间距应该尽可能大一些,以减少误差;选择玻璃砖,宽度应该选用h较大的玻璃砖,(至少大于2.5厘米为最好)以减小确定光路方向时出现的误差,提高测量的准确度。

实验二测定玻璃的折射率STEPn要点整合实验要点必考必会4犁播光炭唯折时的人射範和折射掘的備定方沐用捕軌难找出与人射Jt 耀乂&对应啊山射Jt 燧O 匕确徒出”点・flj•I 买殄鳳理厂 出折肘光线仙儿黙佛崗址出侨桝和你牡人聲式计再玻璃的折时率.（实验器材）_ 口旣・用订、大头即、g 船笔、吐角器、平*板、拴方席他璃做I.VBift. ■龍门）如鬧所示*牺口紙用圈钉趟在踪图板上，尢在白纸 上aiih -条直啟附」惟列界面*过上的一点也E 出 界面的法疑创w 并■一秦线鞍*处为人射光娃｛打把平和展篦村平故在山址上"餐它的谊边眼砌'对 齐.■出册锻砖的号-条爺边林’2橋针与剎ii⑴＜1感慢-M 上鉴在地埔上曲枚大头列片、气.透过陵 璃菇现窑上去计卩、片岡像.调議视线时方向. MlP t 的像餓匕拼住，出在规器的这-癘依次描剧枚大虫ft P,、环 隹匕拎住片屮工的像・P*档住片*為的像歷P,・ 址下片、P.的也看卩）肄去戦璃砖逢搖巴巴并腿长交时’T0J ,连抿门& 即为折射尤址.人射伯即£"仏 折财角0产疋7 0W人射旳和折肘血.査出它fi 的亚弦机. 将数据氓入表槪中S ）厦变人射如齢 竄址实验册8L 列蛊记录和艾酬址 数据注意事项1玻璃砖应选用厚度、宽度较大的。

2 •大头针要插得竖直，且间隔要大些。

［数振处町3•入射角不宜过大或过小，一般在 15°〜75°之间。

4•玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。

5.实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。

热点一实验原理和基本操作 【例1】“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A 、B,在另一侧再竖直插两个大头针 C 0在插入第四个大头针 D 时，应使它 _______________ 。

如图1所示 是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a 、a '是描在纸上的玻璃砖的两个边。

测定玻璃的折射率知识元测定玻璃的折射率知识讲解一、实验目的测定玻璃的折射率．二、实验原理折射率公式n=．三、实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔．四、实验步骤1．把白纸用图钉钉在木板上．2．在白纸上画一条直线aa′作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa′的法线NN′．3．把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一条边跟aa′对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb′．4．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2．5．在玻璃砖的bb′一侧竖直地插上大头针P3，用眼睛观察调整视线要使P3能同时挡住P1和P2的像．6．同样地在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插上大头针P4，使P4能挡住P3本身和P1、P2的像．7．记下P3、P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3、P4画直线O′B与bb′交于O′点，连接OO′，OO′就是玻璃砖内的折射光线的方向，入射角θ1=∠AON，折射角θ2=∠O′ON′．8．用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的度数．9．从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里．10．用上面的方法分别作出入射角是30°、45°、60°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记在表格里．11.算出不同入射角时的值，比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中所测的平均值，这就是玻璃的折射率．12．也可用如下方法求折射率n．用圆规以O为圆心，任意长为半径画圆，交入射线于P点，交折射线于Q点；过P作法线的垂线，交于N，过Q作法线的垂线，交于N′；用刻度尺分别测出PN和QN′之长，则n=．五、注意事项1．用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面．严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的两个边aa′、bb′．2．实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动．3．大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两枚大头针P1和P2间、P3和P4间的距离应尽量大一些，以减少确定光路方向时造成的误差．4．实验时入射角不宜过小，否则会使入射角和折射角的值偏小，增大测量误差；入射角也不宜过大，否则在bb′一侧要么看不到P1、P2的虚像，要么看到P1、P2的像模糊不清，并且变粗，不便于插大头针P3、P4．例题精讲测定玻璃的折射率例1.某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。

第59讲实验十二测定玻璃的折射率实验储备一、实验目的1．理解用插针法测定玻璃折射率的原理．2．学会测定玻璃的折射率的实验方法．二、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚)、图钉(四枚)、量角器、三角板(或直尺)、铅笔．三、实验原理用插针法确定光路，找出跟入射线相对应的折射线；用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝sin isinγ.四、实验步骤1．把白纸用图钉钉在木板上；2．在白纸上画一条直线aa′作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa′的法线NN′，如图所示；3．把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个边跟aa′对齐，并画出玻璃砖的另一个边bb′；4．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1和P2；5．在玻璃砖的bb′一侧竖直地插上大头针P3，用眼睛观察，调整视线，要使P3能同时挡住P1和P2的像；6．同样地在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插上大头针P4，使P4能挡住P3本身和P1和P2的像；7．记下P3和P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3和P4作直线O′B与bb′交于O′，连接OO′，OO′就是玻璃砖内的折射光线，入射角i＝∠NOA，折射角r＝∠O′ON′；8．用量角器量出入射角和折射角的度数；9．从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里；10．用上面的方法分别求出入射角是30°、45°、60°时的折射角，查出入射角i＝∠NOA 和折射角r＝∠O′ON′的正弦值；11．算出不同入射角时sin isinγ的值比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中所测sin i sin γ的平均值，这就是玻璃砖的折射率． 五、数据处理数据处理的另一种方法：如图所示，以O 1为圆心以任意长为半径(半径要尽可能长些约10 cm )画圆交入射光线AO 1于M 点、交折射光线O 1O 于P 点，过M 、P 作NN′的垂线MK 、PQ ，则n ＝MK PQ，据此可知，用刻度尺测出MK 、QP 的长度，即可求出折射率n. 六、误差分析误差的主要来源：1．确定入射光线、出射光线时的误差．故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点．2．测量入射角与折射角时的误差．故入射角不宜过小，但入射角也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱．七、注意事项1．玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面；2．入射角应在30°到60°之间；3．大头针要竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P 1与P 2间、P 3与P 4间的距离应尽量大一些，以减小确定光路方向时造成的误差；4．玻璃砖的折射面要画准；5．由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱．技能优化释难答疑的金钥匙【典型例题1】在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示．(1)在图中画出完整的光路图；甲乙(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)；(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和______(选填“A”或“B”)．【典型例题2】学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示．在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________．(2)图中P3、P4两位置中______(选填“P3”或“P4”)处所对应的折射率大．(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为________．(4)若保持∠AOF＝30°不变，用该装置能测量的最大折射率的值不超过________．【典型例题3】在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面ab、cd与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示，其中甲、丙同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均以ab、cd为界面画光路图．则甲同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)，乙同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)，丙同学测得的折射率与真实值相比________．当堂检测 1.如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率．在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点．第1题图(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量________，则玻璃砖的折射率可表示为________．(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)．2．某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率，如图所示．实验的主要过程如下：第2题图A．把白纸用图钉钉在木板上，在白纸上作出直角坐标系xOy，在白纸上画一条线段AO 表示入射光线．B．把半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边aa′与Ox轴重合．C．用一束平行于纸面的激光从y＞0区域沿y轴负方向射向玻璃砖，并沿x轴方向调整玻璃砖的位置，使这束激光从玻璃砖底面射出后，仍沿y轴负方向传播．D．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.E．在坐标系y＜0的区域内竖直地插上大头针P3，并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去，P3能同时挡住P1和P2的像．F．移开玻璃砖，连接O、P3，用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示)，此圆与AO线交点为B，与OP3线的交点为C.确定出B点到x轴、y轴的距离分别为x1、y1，C点到x 轴、y轴的距离分别为x2、y2.(1)若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa′与Ox轴重合，而是向y＞0方向侧移了一些，这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比________．(选填“偏大”、“不变”或“偏小”)(2)若实验中该同学在y＜0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，为能透过玻璃砖看到P1、P2，应采取的措施是：________________________________________________________________________.3．某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖．如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O 点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm.玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中传播速度v＝________m/s(光在真空中传播速度c＝3.0×108m/s，结果均保留两位有效数字)．第3题图第59讲 实验十二： 测定玻璃的折射率技能优化·典型例题1· (1)如图所示 (2)1.51(±0.03均可) (3)A 【解析】 (1)完整的光路图如图所示．(2)用量角器测出入射角i 与折射角r ，根据折射率n ＝sin i sin r得出结果；或者利用坐标纸结合入射角和折射角画两个直角三角形，然后用刻度尺测出所对应的直角边和斜边的长度，进一步计算出正弦值，再代入折射率公式即可．(3)由题图乙可知，光线P 1P 2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P 3和B .P 3和A 的连线与玻璃砖没交点．·典型例题2·(1) 3 (2)P 4 (3)1 (4)2【解析】 (1)OP 3与OC 的夹角为30°，则入射角为60°，根据折射率定律n ＝sin αsin β＝3；(2)P 4位置的入射角大，在折射角一定的情况下，故折射率就大．(3)入射角和折射角相等，则折射率为1.(4)当发生全反射时，为所能测量最大折射率，故为2.·典型例题3·(1)偏小 (2)不变 (3)偏小【解析】 如图①测定折射率时，折射角增大，则折射率减小；用图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图③测折射率时，折射角偏大，所以测得的折射率变小．当堂检测1．(1)l 1和l 3 n ＝l 1l 3 (2)偏大 【解析】 (1)sin θ1＝l 1BO ，sin θ2＝l 3BO，因此玻璃的折射率n ＝sin θ1sin θ2＝l 1BO l 3BO＝l 1l 3，因此只需测量l 1和l 3即可．(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，在处理数据时，认为l 1是不变的，即入射角不变，而l 3减小，所以测量值n ＝l 1l 3将偏大．2．(1)偏大 (2)减小光线AO 的入射角【解析】 (1)折射率n ＝y 2y 1，玻璃砖的底边aa ′与Ox 轴未重合而向y ＞0方向侧移了一些，导致测量的y 2偏大，y 1偏小，所以玻璃的折射率的测量值与真实值相比偏大；(2)在y ＜0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P 1、P 2，说明光线AO 在界面aa ′上发生了全反射．应该减小光线AO 的入射角．3．1.2 2.5×108 【解析】 作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i ＝45°，折射角r ＝37°，故折射率n ＝sin i sin r ≈1.2，故v ＝c n ＝2.5×108 m/s.第3题图选修3－5。