实验14 测量玻璃的折射率 教案
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《测定玻璃的折射率》教案度,60度,75度,测量出他们对应的折射角分别为:9.8度,19.0度,34.5度,39.4度。
算出他们对应的正弦值,代入表格,算出折射率n分别为:1.524,1.534,1.530,1.521。
取他们的平均值,最后得到玻璃的折射率:n=1.528。
我们也可以采取另一种方式处理数据。
以折射角的正弦值为横坐标,以入射角的正弦值为纵坐标建立坐标系,根据表格中的数据描点、连线。
最后所描绘图线为一条直线,其斜率k即为玻璃的折射率。
4.注意事项(1)玻璃砖应选用宽度较大的,若宽度太小,则测量误差较大。
(2)用手拿玻璃砖时,只能接触玻璃的毛面或棱,不能直接用手触摸玻璃砖的光学面。
(3)严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖界面aa′和bb′,以免划伤玻璃砖。
(4)实验中,玻璃砖在纸上的位置不可移动。
(5)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与P2间、P3与P4间的距离应适当大一些,以减小确定光路方向时造成的误差。
(6)实验时,入射角不宜过小,否则会增大测量角度的误差;入射角也不宜过大,因入射角太大时,折射光线太弱。
熟悉本实验需要注意的事项拓展提升1、一块玻璃砖有两个相互平行的表面,其中一个表面是镀银的(光线不能通过表面).现要测定此玻璃的折射率。
给定的器材还有:白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器。
实验时,先将玻璃砖放到白纸上,使上述两个相互平行的表面与纸面垂直.在纸上画出直线aa′和bb′,aa′表示镀银的玻璃表面,bb′表示另一表面,如图所示。
然后,在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图),用P1、P2的连线表示入射光线。
(1)为了测量折射率,应如何正确使用大头针P3、P4?试在图中标出P3、P4的位置。
(2)然后,移去玻璃砖与大头针。
试在图中通过作图的方法标出光线从空气射入玻璃中的入射角θ1与折射角θ2。
简要写出作图步骤。
测定玻璃的折射率学习目标(1)经历根据实验原理设计测量玻璃的折射率的过程。
(2)经历测量玻璃折射率的实验过程。
(3)体会计算法、数据拟合、单位圆法在处理数据时的应用。
情境导入教师设问:上节课我们学习了光的折射定律和折射率,请同学们回忆一下光的折射规律、折射率的概念。
学生活动:思考并集体回答老师所提问题。
教师口述:对于确定的某一介质,应该怎样求它的折射率?这节课我们就通过实验来测定玻璃的折射率。
学习任务任务一理解实验原理并设计实验任务二选定实验器材任务三制订实验步骤任务四数据处理学习过程任务一:理解实验原理并设计实验问题1:测量玻璃的折射率所依据的实验原理是什么?折射定律。
问题2:请设计测量玻璃折射率的实验方案。
让一束光线从空气射入玻璃砖,测量出入射角和折射角即可根据折射率定律求出玻璃的折射率。
为了便于测量,将两枚大头针放到玻璃砖的一侧,两枚大头针所在的直线作为入射光线。
为了测量入射角,还需要将光线入射的玻璃砖的这个平面标出来,并标记为p。
将这个入射点标记为O点。
为了测量折射角需要将光线在玻璃砖的传播路径标出来。
将光线从玻璃砖射出空气的点标出来,也就知道了光在玻璃砖中的传播路径。
这样,需要将光线从玻璃砖出向空气的界面标出来,然后再将射出光线的路径标出来。
在已插大头针的玻璃砖的另一侧,插一根大头针且使其将前面已经插好的两根大头针挡上,然后再插第四根大头针,且使其将前面的三根大头针挡上。
将第三、四根大头针所在的直线与光线从玻璃砖射向空气的界面的交点标记为O ′。
过O 点作平面p 的垂线n ,这条垂线即为法线。
入射光线与法线的夹角即为入射角,OO ′与法线的夹角即为折射角。
任务二:选定实验器材问题1:根据刚才的实验设计,需要选定哪些实验器材?木板、白纸、图钉、大头针、玻璃砖、铅笔、直尺、量角器。
任务三:制订实验步骤问题1:怎样操作才能测量出某条入射光线的入射角和折射角?(1)如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。
年级:高三学科:物理班级:学生姓名:制作人:不知名编号:2023-24实验十四测量玻璃的折射率【实验过程】1.铺白纸、画线(1)如图所示,将白纸用图钉按在平木板上,先在白纸上画出一条直线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。
入射角θ1要适当大些。
(2)把平行玻璃砖平放在白纸上,使它的长边跟对齐,画出玻璃砖的另一条长边。
2. 插针与测量(1)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针,调整视线的方向,直到的像被P2挡住,再在观察的这一侧依次插两枚大头针,使挡住P1、P2的像, 挡住P1、P2的像及P3,记下P3、P4的位置,如图所示。
(2)移去玻璃砖连接P3、P4并延长交于O',连接OO'即为折射光线,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O'ON'。
(3)用量角器测出入射角和折射角,查出它们的。
(4)改变入射角θ1,重复实验,记录相关测量数据。
【数据处理】1.计算法:用量角器测量入射角和折射角,并查出其正弦值和。
算出不同入射角时的并取平均值。
2.图像法:改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2的图像,由n=sin θ1sin θ2可知图像应是过原点的直线,如图所示,其斜率为__ __ 。
3.“单位圆”法计算折射率n:以入射点O为圆心,以一定的长度R为半径画圆,交入射光线AO于E点,交折射光线OO'于E'点,过E作NN'的垂线EH,过E'作NN'的垂线E'H',如图所示,sin θ1=EHOE ,sin θ2=E'H'OE',OE=OE'=R,则n=sinθ1sin θ2=EHE'H'。
只要用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出折射率n。
玻璃折射率的测量实验教案玻璃折射率的测量光从真空射⼊介质发⽣折射时,⼊射⾓i与折射⾓r的正弦之⽐⾏叫做介质的“绝对折射率”,简称“折射率”。
折射率是光学介质的⼀个基本参量,也等于光在真空中的速度c与在介质中的相速v之⽐。
两种介质进⾏⽐较时,折射率较⼤的称光密介质,折射率较⼩的称光疏介质。
某介质的折射率是指该介质对真空的相对折射率。
同⼀介质对不同波长的光,具有不同的折射率;在对可见光为透明的介质内,折射率常随波长的减⼩⽽增⼤,即红光的折射率最⼩,紫光的折射率最⼤。
通常所说某物体的折射率数值多少(例如,⽔为1.33,⽔晶为1.55,⾦刚⽯为2.42,玻璃按成分不同则有⼀定范围1.5 ~1.9),是指对钠黄光(波长5893×10-10m)⽽⾔。
⽆论在⽇常的⽣活中还是在现代⼯业中,玻璃⽤品都得到了⼴泛应⽤。
然⽽,不同的玻璃制品,采⽤的玻璃并不完全相同。
玻璃的折射率数值越⼤,表明玻璃使⼊射光发⽣折射的能⼒越强。
玻璃折射率作为玻璃性能的⼀个基本重要参数,在很⼤程度上决定了玻璃产品性能。
在玻璃的制造与⽣产过程中,需要实时准确地测量玻璃折射率,以保证玻璃的优越性能。
本实验将分别⽤视深法和光路法测量玻璃砖的折射率。
⼀、实验⽬的1.掌握测定玻璃折射率的原理和⽅法。
2.⽤读数显微镜测量玻璃折射率。
3.⽤光路法测定玻璃的折射率。
⼆、实验仪器读数显微镜、激光器、游标卡尺、平⾏玻璃砖、⽛签、⽩纸。
三、实验原理光线通过两介质的界⾯折射时,确定⼊射光线与折射光线传播⽅向间关系的定律称为折射定律,它是⼏何光学基本定律之⼀,是各种光学仪器的理论根据。
折射定律可表⽰为n1sin i =n2sin r式中i, r分别为⼊射⾓和折射⾓,n1,n2分别为⼊射介质和折射介质的折射率。
折射率作为反映光学性质的物理量,其⼤⼩不仅取决于介质的种类,也与⼊射光的波长有关。
空⽓的折射图1 光线的折射率近似为1。
1、视深法测量折射率原理如图2所⽰,在玻璃砖底部有⼀发光点P ,由于玻璃折射率与空⽓折射率不同,P 点发出的光线会在玻璃与空⽓的界⾯M 点处发⽣折射,出射光线的反向延长线与OP 的交点为P ′。
点拨(1):测入射角和对应的折射角,有人将入射角i用三角板画出特殊角度30°、45°、60°,因取值范围在15°75°之间是可以的,但折射角的数值还是需要量角器来测量。
延长线上截取等长的线段GO和OC,为了减小误差,这线段应尽量大于10厘米,过G、G分别作法线MN的垂线GD和BC,用毫米刻度尺量出GD和BC的长度,则折射率n=GD/BC。
点拨(3):如图1-3中图甲所示的OP线是一种理想状态,出现图线①则是因入射角i测量值偏大,折射角的测量值反而偏小;出现图线②则可能是因入射角的测量值偏小或折射角的测量值偏大。
从图象直观看出,光由真空(或空气)射入玻璃(或水)中,入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的,且正弦值之比是个常数,这个常数对不同介质是不同的。
点拨(4):实验对测量结果影响最大的是测量光在玻璃中折射角γ的误差,其误差主要来源是:①玻璃砖的宽度太窄。
②入射角i过大或入射角i过小。
③玻璃砖的两个平行的折射面未与两条平行轮廓线完全重合好。
或因玻璃砖移动,或因画线太粗。
④大头针离玻璃砖偏远,而大头针之间间距偏小。
实验中易混淆的是:入射角与法线的夹角(入射角)和入射线与界面的夹角。
易错的是:入射角与折射角的界面取错,因而代入公式n=sini/sinr的值算错。
易忘的是:大头针P3、P4的位置漏记。
[实验结论]3.对玻璃的入射光线取不同的入射角得到的玻璃的折射率是很接近的,在误差范围内,入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。
实验变通变通(1):器材不变,介质不变,形状变。
用一厚度均匀的圆形玻璃做测定玻璃的实验,其简要步骤如下:1.在白纸上做一个与圆形玻璃等半径的圆,定出圆心O,如图1-4所示。
2.将圆形玻璃平放在白纸上,使其边界与所画的圆重合。
3.在圆玻璃一侧竖直插上两枚大头针P1和P2。
4.在另一侧竖直插两枚大头针P3和P4,随P3、P4的方向,隔着玻璃观察大头针P3、P4和P2和P5.a.b.c.1.结论:从图′等于入射角变通(1.2.3.接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针4.5.在图1-6上画出所需光路得图1-7。
测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率1. 实验目的(1) 通过实验,掌握光线以一定入射角穿过平行玻璃板的光路规律.(2) 学会对光线在空气中的入射角,在玻璃中的折射角的确定和量度,并根据折射定律计算出玻璃的折射率.2. 实验原理: 当光线以一定的入射角穿过一块两面平行的玻璃砖时,传播方向不变,但是出射方向与入射方向相比有一定的侧移,由图3-178可知,只要能找出跟入射光线AO相对应的出射光线O′B,就能画出折射光线OO′,量出入射角α和折射角γ,根据折射定律n=就可以算出玻璃的折射率了.3. 实验器材:木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔4. 实验步骤(1) 把白纸用图钉钉在木板上.(2) 沿玻璃砖的一个面画一条直线aa′作为界面(如图3-178所示)过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线,过O点画一条入射光线AO,使入射角i适当大些.(3) 在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2,在白纸上放上被测玻璃砖,使玻璃砖的一个面与aa′重合.(4) 沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb′.(5) 在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针,用眼睛观察调整视线,同时移动大头针P3的位置,使P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像,把此时大头针P3的位置固定,插好.(6) 同样地,在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4,使P4能挡住P3本身,同时也挡住P1、P2的像.(7) 记下P3、P4的位置,移去玻璃砖,拔去大头针,过P3、P4连一条直线BO′交bb′于O′点,连接OO′,OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线,折射角为γ.(8) 用量角器量出入射角i和折射角γ的大小.(9) 改变入射角i,重复上面的步骤再做三、四次,量出相应的入射角和折射角.(10) 算出不同入射角时的值,求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率.5. 注意事项(1) 插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些,不要靠的太近,选择玻璃砖时其宽度宜大些,这样可减小确定光路方向时出现的误差,提高测量的准确度.(2) 入射角不能太小(接近零度),也不能太大(接近90°),因为入射角太小时,折射角就更小,测量的相对误差增大,而入射角太大时,导致反射光太强,折射光太弱,不易观察,很难确定P3、P4的位置.(3) 如果插针P1、P2的连线过分射向玻璃砖右侧,且入射角又大于某一数值,会出现隔着玻璃砖沿P2P1方向观察不到P1、P2两插针的情况,此时的光路图如图3-179甲所示,遇到这种情况,可将玻璃砖沿aa′界面向右平移.(4) 实验中一旦玻璃砖宽度所定的界面线aa′和bb′画好后,放置的玻璃砖就不要随意移动,如果稍微上下平移玻璃砖对测量结果没有影响,其光路图如图3-179乙所示,但若玻璃砖稍微倾斜移动,测得的折射率肯定发生变化.难点突破:1. 数据处理把P3、P4按操作要求插好后,移动玻璃砖,拔去大头针,过P1P2画直线表示入射光线,与玻璃砖边界aa′交点O即为入射点; 过P3、P4画直线即点对应的出射光线OB与玻璃砖边界bb′的交点O′即为出射点,连接OO′,OO′是折射光线,用量角器量出入射角i和折射角γ,查表求sin i、sinγ.(1) 平均值法求所测定玻璃的折射率: 根据测量数据求出各组n= ,再算求这n 组的平均值即为玻璃的折射率.(2) 图像法求折射率: 用sin i表示纵坐标,用sinγ表示横坐标,把各组对应的数据描到坐标纸上,根据所描的点用过原点的直线使所描点尽量落在所画的直线上,或均匀后分布于直线的两侧,该直线的斜率即表示所测定的玻璃的折射率.2. 实验研究(1) 如果不用量角器而使用直尺和圆规,也能求出玻璃的折射率. 如图3-180所示,以入射点O为圆心以折射光OO′为半径画圆,延长入射光线交圆于C点,然后过O′和C分别作aa′的垂线,得交点A和B,用直尺测OA和OB的长度,则玻璃砖的折射率n===(2) 如果没有两面平行的玻璃砖,使用三棱镜、半圆形玻璃砖等,也能测出这些形状玻璃的折射率. 仍然采用插针法,以三棱镜为例,可以按如图3-181所示确定入射光线AO,出射光线O′B,则OO′为折射光线用量角器量出i、γ,即可求出折射率n=.例题3-44 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祭,调整视线使P1的像被P2挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓,如图3-182所示.(1) 在本题的图中画出所需的光路.(2) 为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是 _____、_____,在图上标出它们.(3) 计算折射率的公式是n=_____.例题3-45 某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时,先在白纸上作一与圆形玻璃同半径的圆,圆心为O,将圆形玻璃平放在白纸上,使其边界与所画的圆重合,在玻璃的一侧竖直插两枚大头针P1和P2,在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4,使从另一侧隔着玻璃观察时,大头针P4、P3和P2、P1的像恰好在一条直线上,移去玻璃和大头针后得到图3-184,在图中画出:(1)沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向.(2)光线在玻璃内的传播方向.(3)在光线的入射点作法线,标出入射角i和折射角γ.(4)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算).。
测玻璃折射率教案高中物理教学目标:1. 了解光在折射中的基本原理;2. 掌握测量折射率的方法;3. 熟练运用实验装置测量玻璃的折射率;4. 培养学生的观察、实验和分析能力。
教学内容:1. 光的折射原理;2. 测量折射率的方法;3. 实验装置的使用;4. 玻璃折射率的测量。
教学步骤:1. 引入:用实例引导学生了解光的折射原理,并介绍测玻璃折射率的实验目的。
2. 知识讲解:讲解光的折射原理和测量折射率的方法,学生理解并掌握相关知识。
3. 实验设计:介绍实验装置,让学生了解实验步骤和操作方法。
4. 实验操作:学生按照实验步骤操作,测量玻璃的折射率并记录数据。
5. 数据分析:学生分析实验数据,计算折射率值并比较结果。
6. 总结:引导学生总结实验过程中的经验和结果,加深对光的折射和折射率的理解。
教学反馈:1. 提问:通过问题引导学生回顾学习内容,加深理解。
2. 检查:检查学生在实验中的操作情况和数据记录,指导学生修改错误。
3. 讨论:组织学生讨论实验结果,共同查找问题并得出结论。
课后作业:1. 完成实验报告,包括实验目的、方法、数据处理和结果分析;2. 作业习题,进一步巩固知识点。
教学资料:1. 实验装置、玻璃样品;2. 实验步骤和方法说明;3. 折射率计算公式;4. 实验报告模板。
教学评估:1. 学生实验报告的完成情况和内容;2. 学生在课堂中的表现和回答问题的情况;3. 学生对光的折射和折射率的理解程度。
通过本次教学,学生将能够全面了解光的折射原理和折射率的测量方法,培养实验能力和科学思维,提高物理实验的质量和水平。
测玻璃折射率教案高中生物
目标:让学生了解玻璃折射率的测量方法,并能够通过实验掌握相关知识。
材料:玻璃块、激光笔、直尺、量角器、白纸
步骤:
1. 准备工作:在实验室桌上放置一块玻璃块,并将激光笔与直尺固定在桌上,以保证激光笔垂直于桌面。
2. 实验步骤:
a. 在玻璃块的一侧放置一张白纸,使其与激光笔的光束垂直相交。
b. 使用直尺测量激光光线在玻璃块表面与白纸交点处的入射角度θ1,并记录下来。
c. 同样使用直尺测量激光光线在玻璃块内部与白纸交点处的折射角度θ2,并记录下来。
d. 利用量角器计算出激光光线在玻璃块表面与内部的入射角与折射角的大小关系,从而得出玻璃的折射率。
3. 结论:通过测量,学生可以得出玻璃的折射率近似值,让他们通过实验加深对玻璃折射率的理解。
延伸实验:学生可以尝试用不同种类的玻璃块进行测量,比较不同玻璃材料的折射率,深入探索光在不同材料中传播的差异。
注意事项:实验过程中要注意安全,避免直接盯着激光光线,以免伤害眼睛。
同时,进行实验时要保持实验环境安静,以保证实验结果的准确性。
实验十四测量玻璃的折射率测量玻璃的折射率。
计算玻璃折射率。
如图所示,用插针法确定入射角和折射角,根据n=sinθ1sinθ2两侧面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、刻度尺、铅笔。
1.把白纸用图钉钉在木板上。
2.用刻度尺在纸面上作一条直线aa′,过aa′上一点O作垂直于aa′的线段NN′,再过O点作一条线段AO,并使∠NOA即θ1适当大些。
3.在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2,并使间距适当大些,在白纸上沿直线aa′放上被测玻璃砖。
4.沿玻璃砖的另一个侧面再作一条直线bb′。
5.在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地插一枚大头针P3,使P3恰好能同时挡住aa′一侧所插的大头针P2、P1的像。
接着,在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4,使P4能挡住P3本身以及P1、P2的像。
6.标记下P1、P2、P3、P4的位置,移去玻璃砖,拔去大头针,过P3、P4作一条直线O′B,交bb′于O′点,连接OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线,折射角为θ2。
7.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小,记入表格内。
8.用上述方法分别测出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角,查出入射角和折射角的正弦值,记入表格里。
算出各不同入射角时sinθ1sinθ2的值,求出它们的平均值,就是这块玻璃的折射率。
求折射率的四种方法1.计算法:用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,算出不同入射角时对应的sinθ1sinθ2,并取平均值。
2.图像法:多次改变入射角θ1,测出对应的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2图像,由n=sinθ1sinθ2可知图像应为一条过原点的直线,如图所示,其斜率就是玻璃的折射率。
3.辅助线段法:利用直尺作辅助线,测出辅助线的长度,求玻璃的折射率。
如图所示,作辅助线AB垂直于OB,量出AB、OA,作辅助线CD垂直于OD,量出CD、OC,则sinθ1=ABOA,sinθ2=CDOC,即可求出:n=sinθ1sinθ2=AB·OC OA·CD。
4.“单位圆法”:以入射点O为圆心,以适当长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH交NN′于H点,过E′作NN′的垂线E′H′交NN′于H′点。
如图所示,sinθ1=EH OE,sinθ2=E′H′OE′,OE=OE′=R,则n=sinθ1sinθ2=EHE′H′。
只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。
1.实验时,将大头针尽可能竖直地插在纸板上,并且使P1与P2之间、P3与P4之间距离适当大一些,这样可以减小确定光路方向时出现的误差。
2.入射角θ1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大,太大会导致反射光太强、折射光太弱,不易确定P3、P4的位置。
3.在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖当尺子画界线。
4.在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
考点1实验原理与实验操作例1“测量玻璃的折射率”实验中,如图是在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。
(1)在玻璃砖的一侧竖直插两枚大头针A、B,在另一侧再竖直插两枚大头针C、D。
在插入第四枚大头针D时,要使它挡住________________。
(2)某同学根据n=L1L2计算玻璃的折射率。
请在图中括号里标出要测的物理量L1、L2。
尝试解答(1)C及A、B的像(2)图见解析。
(1)在插入第四枚大头针D时必须挡住C及A、B的像;这样才能保证沿AB 方向的光线经过C、D。
(2)作出光路图,以入射点O为圆心作半径为r的圆,由公式n=sin isin r=L1rL2r=L1L2,标出L1、L2,如图所示。
[变式1]如图甲所示,在测量玻璃折射率的实验中,两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜,并确定AB和AC界面的位置。
然后在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。
(1)此后正确的操作步骤是________。
A.插上大头针P3,使P3挡住P2的像B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像C.插上大头针P4,使P4挡住P3的像D.插上大头针P4,使P4挡住P1、P2的像和P3(2)正确完成上述操作后,在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)。
为测量该种玻璃的折射率,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路图和若干条辅助线,如图乙、丙所示。
能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________(填“乙”或“丙”),所测玻璃折射率的表达式n=________(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。
答案(1)BD(2)丙EDFG解析(1)此后正确的操作步骤是:插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像;插上大头针P4,使P4挡住P1、P2的像和P3,B、D正确。
(2)能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图丙,n=sinθ1 sinθ2=EDODFGOG=EDFG。
考点2数据处理与误差分析例2在“测量玻璃的折射率”实验中:(1)为了取得较好的实验效果,A.必须选用上下表面平行的玻璃砖;B.选择的入射角应尽量小些;C.大头针应垂直地插在纸面上;D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些。
其中正确的是________。
(2)甲同学在画界面时,不小心将两界面aa′和bb′间距画得比玻璃砖宽度大些,如图1所示,则他测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)乙同学在量入射角和折射角时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,如图2所示,以O点为圆心,OA为半径画圆,交OO′延长线于C点,过A点和C点作垂直法线的直线分别交于B点和D点,则他只需要测量_____________,就可求出玻璃的折射率n=________。
尝试解答(1)CD(2)偏小(3)AB、CD的长度AB、CD AB CD。
(1)用插针法测定折射率时,玻璃砖上下表面不一定要平行,故A错误;为了减小测量的相对误差,选择的入射角不能太小,也不能太大,故B错误;为了准确确定入射光线和折射光线,大头针应垂直地插在纸面上,所以C正确;大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时,相同的距离误差引起的角度误差会减小,效果会好些,所以D正确。
(2)如图,实线是真实的光路图,虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图,由图可以看出,测出的折射角比真实的大,折射率偏小。
(3)根据折射定律n=sin∠AOBsin∠DOC=ABRCDR=ABCD。
[变式2]某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像,当P1的像恰好被P2的像挡住时,插上大头针P3和P4,使P3挡住P1、P2的像,P4也挡住P1、P2的像,在纸上标出的大头针的位置和三棱镜的轮廓如图所示。
(1)在图上画出对应的光路。
(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率,若以AB为分界面,需要测量的量是____________________________,在图上标出它们。
(3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n=________。
(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中,放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置,底边仍重合),若仍以AB为分界面,则三棱镜玻璃材料折射率的测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。
答案(1)图见解析(2)入射角θ1、折射角θ2标记见解析(3)sinθ1sinθ2(4)大于解析(1)光路图如图所示。
(2)若以AB为分界面,需要测量的量为入射角θ1、折射角θ2,如图所示。
(3)该三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式为n=sinθ1 sinθ2。
(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中,放置三棱镜的位置发生了微小的平移,仍以AB为分界面,将入射光线与AB(虚线)的交点和出射光线与BC(虚线)的交点连接起来,从而可知该连接线发生偏转,导致折射角变小,而入射角不变,所以折射率的测量值比真实值大。
考点3实验拓展与创新例3现要估测一矩形玻璃砖的折射率n,给定的器材有:待测玻璃砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。
实验时,先将直尺的一端O和另一点M 标上两个明显的标记,再将玻璃砖平放在白纸上,沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD,再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置,使O点与直线CD相交,并在白纸上记下点O、M的位置,如图所示,然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察,调整视线方向,直到O点的像与M点的像重合,再在AB直线上插上大头针,使大头针挡住M、O的像,记下大头针P点的位置。
(1)请在原图上作出光路图;(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为:n=________(用字母P和图中已知线段的字母表示)。
尝试解答(1)图见解析(2)OPMP。
(1)调整视线方向,当O点与M点的像重合时,从O点发出的光线经玻璃折射后与从M点发出的光线经AB面反射后重合。
在AB直线上插上大头针,使大头针挡住M、O的像,则大头针的位置为从O点发出的光线射出玻璃的点和从M 点发出的光线在AB面上的反射点,故光路图如图所示。
(2)由几何关系作出角i、r如图,可求出折射率n=sin isin r =O′PMPO′POP=OPMP。
[变式3]某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。
开始玻璃砖的位置如图中实线所示,使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上,该直线垂直于玻璃砖的直径边,然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动,同时在玻璃砖直径边一侧观察P1、P2的像,且P2的像挡住P1的像。
如此观察,当玻璃砖转到图中虚线位置时,上述现象恰好消失。
此时只需测量出____________________________,即可计算出玻璃砖的折射率。
请用你的测量量表示出折射率n =________。
答案玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ1sinθ解析由题意可知,当玻璃砖转过某一角度θ时,刚好发生全反射,在直径边一侧观察不到P1、P2的像,作出如图所示的光路图,可知全反射临界角为θ,。
则有n=1sinθ1.(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下图所示,其中实验操作正确的是________。