2021版江苏高考物理一轮复习课件：第14章 实验19 测定玻璃的折射率

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(2)(3)作出光路图如图：
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只需要一根大头针就可以确定出折射光线；
为了计算折射率，应该测量的量有入射角i和折射角r，计算折
射率的公式是：n＝ssiinn ri。
[答案] (1)入射光线AB离圆心较远，在半圆形面发生了全反射
上移
(2)1
(3)光路图见解析
入射角i和折射角r
n＝ssiinn
r再碰动玻璃砖，以免改变入射角 和折射角，使测量结果出现错误。
(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。
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2 实验考向 多维突破
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实验原理与操作
1．入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些， 入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。太大：反射光 较强，折射光较弱；太小：入射角、折射角测量的误差较大。
交入射光线AO于P点，交折射光线OB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
θ1＝
PN OP
，sin
θ2＝
QN′ OQ
，又OP＝OQ＝
R，则n＝ssiinn θθ12＝QPNN′，只要用刻度尺测出PN、QN′的长度就可以
求出n。
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[题组训练] 1．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：
sin sin
θθ12或n＝QPNN′算出玻璃的折射率。
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3．实验器材 白纸，图钉，大头针，长方形玻璃砖，直尺，铅笔，量角器， 木板。
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4．实验步骤 (1)如图所示，把白纸铺在木板上。
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(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。
2．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。
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3．测量玻璃的折射率，无论是使用平行玻璃砖、三棱镜，还 是使用圆柱形玻璃砖，测量方法和测量结果都相同。如果测量时玻 璃砖发生了微小移动，则测量结果会出现偏差。
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[题组训练] 1．小花在做“测定玻璃的折射率”的实验中，先在白纸上放 好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧 透过玻璃砖观察，插上大头针P3、P4，如图所示，aa′和bb′分别 是玻璃砖与空气的两个界面，用“＋”表示大头针的位置。图中AO 表示经过大头针P1和P2的光线，该光线与界面aa′交于O点，NN′ 表示法线。
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(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： ______________
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(6)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4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。
(7)改变入射角，重复实验。
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5．注意事项 (1)入射角i不要定的太小，如果i太小，γ也太小，用量角器测量 角度时，相对误差较大。 (2)在入射光线上插上大头针或确定O′B时插的大头针都要竖 直。P1与P2及P3与P4的距离要适当大一些。 (3)要先画直线aa′，放上玻璃砖后再画bb′直线，不要放上玻 璃砖后再画aa′，以免入射点O的位置有误差。
(3)小张正确操作插好了4枚大头针，如图所示，请帮助小张画 出正确的光路图。然后进行测量和计算，得出该玻璃砖的折射率n ＝________(保留3位有效数字)。
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[解析] (1)玻璃砖的光学面不能用手直接接触，接触面的污渍 会影响接触面的平整，进而影响折射率的测定，B正确；
(2)为了不影响观察实验，应使得磨砂面接触纸面；
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(4)大头针应垂直地插在纸面上，这样便于观察，故A正确。没 有量角器，可以用下列方法求出折射率：完成了光路图以后，以O 点为圆心、适当长度为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O、 O′连线延长线于C点。过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B 点，过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点，如图所示。则由 几何知识得到：sin i＝AAOB，sin r＝CODC，又AO＝OC，则得折射率n
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(3)光路图如图所示：
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设方格纸上小正方形的边长为l，光线的入射角为θ1，折射角为 θ2，则sin θ1＝ 5.53.23＋42≈0.798，sin θ2＝ 2.222＋.2 3.62≈0.521，所以 该玻璃砖的折射率n＝ssiinn θθ12＝00..759281≈1.53。
[答案] (1)B (2)磨砂的面 (3)图见解析 1.53
测量折射率，故C错误。因为光先从空气射入玻璃中，玻璃两界面
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平行，如果入射角太大，则折射光线在玻璃砖内表面也不会发生全 反射，故D错误。
[答案]
(1)见解析图
sin (2)sin
θ1 θ2
(3)挡住P1和P2的像
(4)AB
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2.某研究性学习小组利用插针法可以测量半圆形玻璃砖的折射 率。实验探究方案如下：在白纸上做一直线MN，并做出它的一条 垂线AB，将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在白纸上，它的直 边与直线MN对齐，在垂线AB上插两个大头针P1和P2，然后在半圆 柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以确定光线P1P2通过玻璃 砖后的光路，从而求出玻璃的折射率。实验中提供的器材除了半圆 柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等。
第十四章 光 电磁波 实验十九 测定玻璃的折射率
1 实验储备 自主回顾
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1．实验目的 会用插针法测定玻璃的折射率，掌握光发生折射时，入射角和 折射角的确定方法。
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2．实验原理
如图所示，当光线AO1以一定的入射角θ1 穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出
跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而求 出折射光线O1O2和折射角θ2，再根据n12＝
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4．(2019·天津高考)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。
①下列哪些措施能够提高实验准确程度________。 A．选用两光学表面间距大的玻璃砖 B．选用两光学表面平行的玻璃砖 C．选用粗的大头针完成实验 D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
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③由折射定律可知折射率n＝ssiinn ∠∠BAOODC，sin ∠AOC＝ARC，sin ∠BOD＝BRD，联立解得n＝BADC。
[答案] ①AD ②D ③BADC
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数据处理与误差分析 1．计算法 用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的θ值，并取平均值。
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(1)某同学用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线AB 上竖直插上了P1、P2两枚大头针，但在半圆形玻璃砖的右侧区域 内，不管眼睛在何处，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，原 因是：________________。他应采取的措施是将半圆形玻璃砖沿 MN线：________(选填“上移”或“下移”)。
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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线的交点为B，与OP3线的交点为C。确 定出B点到y轴的距离为x1，C点到y轴的距离为x2。
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＝
sin sin
i r
＝
AB CD
，故B正确。在测定玻璃的折射率的实验中，所用玻璃
的两表面aa′和bb′不平行，只要操作正确，则画出的光路图正
确，则能正确得出入射角与折射角，由n＝
sin sin
i r
，可知折射率n的测
量值只与入射角和折射角有关，而与两个表面的形状无关，所以测
得的折射率不变，所以玻璃砖aa′和bb′不平行，也可以用此方法
(2)为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，最少应插________ 枚大头针。
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(3)请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置，并 用“×”表示，作出光路图，为了计算折射率，应该测量的量(在光 路图上标出)有：________，计算折射率的公式是：________。
[解析] (1)光线P1P2垂直界面进入半圆柱形玻璃砖后到达圆弧 面上的入射角大于临界角，发生全反射现象，光不能从圆弧面照射 出来；向上移动半圆柱形玻璃砖，使到达圆弧面上的光线的入射角 小于临界角；
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[解析] (1)折射率n＝xx21，若玻璃砖的底边aa′与Ox轴未重合而 向y>0方向侧移了一些，导致测量的x2偏大，x1偏小，所以玻璃的折 射率的测量值与真实值相比偏大。
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②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和 四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是 ________。
A
B
C
D
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③该小组选取了操作正确的实验记录，在 白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作 圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B 点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分 别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝ ______。(用图中线段的字母表示)
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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x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。