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7.改变入射角,重复实验。
[数据处理] 1.计算法 用量角器测量入射角θ 1和折射角θ 2,并查出其正弦值sin θ 1和sin θ 2。算 出不同入射角时的 1 值,并取平均值。
sin θ sin θ2
2.作sin θ 1-sin θ 2图像 改变不同的入射角θ 1,测出不同的折射角θ 2,作sin θ 1-sin θ 2图像,由
解析
在本题中步骤③操作不当,不应该用玻璃砖代替直尺画两界面aa
'、bb',这样很容易破坏玻璃砖的光学面。步骤④中入射角不应该取0°,这
样无法确定折射角。步骤⑤中,观察时应着重看大头针的针脚部分不应看 针帽部分是否在同一直线上。
考点二
数据处理和误差分析
典例2 某校开展研究性学习,某研究小组根据光学知识,设计了一个测液 体折射率的仪器。如图所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条相互垂直的 直径BC、EF。在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置 不变。每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得液面与 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,在圆
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比 “不变”)。 (2)乙同学测得的折射率与真实值相比 “不变”)。
(填“偏大”、“偏小”或
(填“偏大”、“偏小”或
(3)丙同学测得的折射率与真实值相比
答案
。
(1)偏小
(2)不变 (3)可能偏大、可能偏小、可能不变
解析
(1)用图①测定折射率时,会导致玻璃中折射光线偏折小了,所以折
4.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。
5.从玻璃砖bb'一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向直 到P1的像被P2的像挡住。再在bb'一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2 的像,P4能挡住P3本身及P1、P2的像。 6.移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4四枚大头针的同时分别记下它们的位 置,过P3、P4作直线O'B交bb'于O'。连接O、O',OO'就是玻璃砖内折射光线 的方向。∠AON为入射角,∠O'ON'为折射角。
答案
(1)1.73 (2)P4 (3)1
解析
sin θ1 (1)根据折射定律有n= sin θ2 ,题中θ1=∠EOP3= 2 -∠COP3=60°,θ2=∠
AOF=30°,所以n=
sin 60 ≈1.73。 sin30
(2)在折射角相同的情况下,图中P4对应的∠EOP4大于P3所对应的∠EOP3, 所以P4处对应的折射率大。 (3)因A、O、K在一条直线上,入射角等于折射角,所以K处对应的折射率应 为1。
选项前的字母)。 A.P3只挡住P1的像
B.P4只挡住P2的像 C.P3同时挡住P1、P2的像
图1
C P3应同时挡住P1、P2的像,P4应挡住P3本身和P1、P2的像,故选
项C正确。
1-2 在用插针法测定玻璃的折射率的实验中,某同学操作步骤如下:
①用图钉将记录光路的白纸固定在平木板上; ②手拿玻璃砖的毛面或棱,将其轻放在白纸上; ③用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa'和bb'; ④在aa'上选择一点O,作为不同入射角的入射光线的共同入射点,画出入射 角i分别为0°、30°、45°的入射光线; ⑤用“插针法”分别得到各条入射光线的折射光线,观察时着重看大头针
[实验器材] 玻璃砖、白纸、木板、大头针(四枚)、图钉(四枚)、量角器(或圆规)、三 角板(或直尺)、铅笔。 [实验步骤] 1.首先把白纸铺在木板上并用图钉将白纸固定;
2.在白纸上画一直线aa'作为界面,过aa'上的一点O画出界面的法线NN',并 画一条线段AO作为入射光线。 3.把长方体玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa'重合,再用直尺画出玻璃砖 的另一边bb'。
考点突破
考点一 实验原理与操作
典例1 用三棱镜做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱 镜的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线,使P1
的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P
1
、P2的像,P4挡住P3本身和P1、P2的像。在纸上标出大头针位置和三棱镜
周EC部分插上P3,使P3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,就可以直接读出液体折 射率的值。
(1)若∠AOF=30°,OP3与OC之间的夹角为30°,则P3处刻的折射率的值为 。 (2)图中P4两处,对应折射率大的是 。 (3)做AO的延长线交圆周于K,K处对应的折射率为 。
sin θ sin θ2
1-1 [2015北京理综,21(1)]“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好
答案
玻璃砖,aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图1所示。在玻璃砖的 一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透 过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4。在插P3和P4时,应使 (选填
课标版
物理
第6讲 实验：测定玻璃的折射率
教材研读
[实验目的] 1.测定玻璃的折射率。 2.学会用插针法确定光路。 [实验原理]
如图所示,当光线AO以一定的入射角θ 1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针
法找出跟入射光线AO对应的出射光线O'B,从而确定折射光线OO'和折射
PN sin θ1 角θ 2,再根据n= 或n= 算出玻璃的折射率。 QN ' sin θ2
n= 1 可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
sin θ sin θ2
3.“单位圆法”确定sin θ 1、sin θ 2,计算折射率n
以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线AO于P点,交折射 光线OO'于Q点,过P作CD的垂线PN,过Q作CD的垂线QN',如图所示,则sin θ
2.入射角θ 1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。太大:反射光较强,出
射光较弱;太小:入射角、折射角测量的误差较大。 3.操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当尺子画 边界线。 4.实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。 [误差分析] 1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故入射侧、出射侧所插两 枚大头针间距应大一些。 2.入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的误差。
2-1 某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行。 正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示。①此玻璃的折射 率计算式为n= (用图中的θ1、θ2表示);②如果有几块宽度大小不同 (填“大”或
的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度
“小”)的玻璃砖来测量。
答案 解析
射角增大,折射率减小。
(2)用图②测折射率时,只要操作正确,所测折射率与真实值相等,与玻璃砖 形状无关。 (3)用图③测折射率时,因为界面bb'部分在玻璃砖外侧,部分在内侧,故无法 确定折射光线偏折的大小,所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能
不变。
位置如图所示: (1)在图上作出光路; (2)为了测出玻璃的折射率,需要测量的是 ,在图上标出它们; (3)计算折射率的公式是n= 。
答案 解析
见解析 (1)如图所示。
(2)需要测量的物理量有:入射角θ1,折射角θ2,见图。 (3)n= 1 ,用量角器量出θ1、θ2,查出 sin θ1、sin θ2的值代入可求出n。
的针帽是否在一条直线上,取下玻璃砖、大头针,连线,得到折射光线,量出
各个折射角r; ⑥按公式分别计算 ,取三个值的算术平均值。
sin i sin r
(1)以上步骤中有错误或不妥之处的是 (2)应改正为
答案
。
。
(1)③④⑤ (2)在③中应先画出一条直线,把玻璃砖的一边与其重
合,再使直尺与玻璃砖的另一界面对齐,移动玻璃砖后再画另一边界线;在 ④中入射角要取0°以外的三组数据;在⑤中大头针要竖直插牢,观察时看针 脚是否在同一条直线上
PN OP
QN ' OQ
1
= ,sin θ 2= ,又OP=OQ=R,则n= 1= ,只要用刻度尺测出PN、QN '的长度就可以求出n。
sin θ sin θ2
PN QN '
[注意事项] 1.实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2 与O、P3与O'之间距离要稍大一些。
cos θ1 ① cos θ2
②大
sin(90 θ1 ) cos θ1 ①根据折射率定义可知n= = 。 sin(90 θ2 ) cos θ2
②玻璃砖宽度大些,光线穿过时的侧移量就会大些,测量时误差会小些。
2-2 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aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示,其中 甲、丙两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aa'、bb'为界面画光路图,则
