第十四章實(shí)驗(yàn)十三測(cè)量玻璃的折射率-1

實(shí)驗(yàn)十三測(cè)量玻璃的折射率目標(biāo)要求1.掌握測(cè)量折射率的原理及方法.2.會(huì)用插針?lè)y(cè)量玻璃的折射率．實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備1．實(shí)驗(yàn)原理如圖所示，當(dāng)光線(xiàn)AO以一定的入射角θ1透過(guò)一塊兩面平行的玻璃磚時(shí)，通過(guò)插針?lè)ㄕ页龈肷涔饩€(xiàn)AO對(duì)應(yīng)的出射光線(xiàn)O′B，從而畫(huà)出光從空氣射入玻璃后的折射光線(xiàn)OO′，求出折射角θ2，再根據(jù)n＝________________或n＝________計(jì)算出玻璃的折射率．2．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．3．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(huà)一條直線(xiàn)aa′，并取aa′上的一點(diǎn)O為入射點(diǎn)，作過(guò)O點(diǎn)的法線(xiàn)MM′.(3)畫(huà)出線(xiàn)段AO作為入射光線(xiàn)，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(xiàn)aa′對(duì)齊，并畫(huà)出另一條長(zhǎng)邊的對(duì)齊線(xiàn)bb′.(5)眼睛在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(xiàn)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________________，再插上P4，使P4擋住________________．(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(xiàn)O′B及出射點(diǎn)O′，連接O、O′得到線(xiàn)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sinθ1和sinθ2.(8)改變?nèi)肷浣牵貜?fù)實(shí)驗(yàn)．4．?dāng)?shù)據(jù)分析(1)計(jì)算法用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角時(shí)的________________，并取平均值．(2)圖像法改變不同的入射角θ1，測(cè)出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2的圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖像應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，如圖所示，其________為折射率．(3)“單位圓”法以入射點(diǎn)O為圓心，以一定的長(zhǎng)度R為半徑畫(huà)圓，如圖所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝_______.只要用刻度尺量出EH、E′H′的長(zhǎng)度就可以求出n.5．注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O′之間距離要稍大一些．(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)．(3)操作時(shí)手不能觸摸玻璃磚的光潔光學(xué)面，也不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫(huà)界線(xiàn)．(4)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)位置不能改變．(5)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上，若寬度太小，則測(cè)量誤差較大．考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1某小組做測(cè)量玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙．(1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度______．A．選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C．選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D．插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn)，記錄的玻璃磚界線(xiàn)和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是________．(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫(huà)出光線(xiàn)的徑跡，以入射點(diǎn)O為圓心作圓，與入射光線(xiàn)、折射光線(xiàn)分別交于A、B點(diǎn)，再過(guò)A、B點(diǎn)作法線(xiàn)NN′的垂線(xiàn)，垂足分別為C、D點(diǎn)，如圖甲所示，則玻璃的折射率n＝________.(用圖中線(xiàn)段的字母表示)(4)在用插針?lè)y(cè)量玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩位同學(xué)在紙上畫(huà)出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖乙中①、②所示，其中甲同學(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(huà)光路圖．則甲同學(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”)．例2用圓弧狀玻璃磚做測(cè)量玻璃折射率的實(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(xiàn)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和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖甲所示，其中O為兩圓弧圓心，圖中已畫(huà)出經(jīng)P1、P2點(diǎn)的入射光線(xiàn)．(1)在圖甲上補(bǔ)畫(huà)出所需的光路．(2)為了測(cè)出玻璃的折射率，需要測(cè)量入射角和折射角，請(qǐng)?jiān)趫D甲中的AB分界面上標(biāo)出這兩個(gè)角，分別用i和r表示．(3)為了保證在光線(xiàn)從弧面CD上射出，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，光線(xiàn)在弧面AB的入射角應(yīng)適當(dāng)____________(選填“小一些”“無(wú)所謂”或“大一些”)．(4)多次改變?nèi)肷浣?，測(cè)得幾組入射角和折射角，根據(jù)測(cè)得的入射角和折射角的正弦值，畫(huà)出了如圖乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n＝________.考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3(2023·江蘇淮安市模擬)某同學(xué)用半圓柱玻璃磚做測(cè)量玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟如下：A．用毫米刻度尺量出半圓柱玻璃磚的直徑d，算出半徑r＝eq\f(d,2)，然后確定圓心的位置，記在玻璃磚上；B．在白紙上畫(huà)一條直線(xiàn)作為入射光線(xiàn)，并在入射光線(xiàn)上插兩枚大頭針P1和P2；C．讓入射光線(xiàn)與玻璃磚的直徑垂直，入射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)圓心O；D．以圓心O為軸，緩慢逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚，同時(shí)調(diào)整視線(xiàn)方向，直到從AB下方恰好看不到P2和P1的像，然后沿半圓柱玻璃磚直徑畫(huà)一條直線(xiàn)AB，并作出光路圖，如圖所示．(1)看不到P2和P1的像是因?yàn)榘l(fā)生了________；(2)只使用毫米刻度尺，還需要測(cè)量________(選填“OD”或“CD”)的長(zhǎng)度，記作l；(3)玻璃磚折射率的表達(dá)式n＝________.例4(2023·河南平頂山市龍河實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué)模擬)實(shí)驗(yàn)室有一塊長(zhǎng)方體透明介質(zhì)，截面如圖中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B(niǎo)C和CD邊不透光，且射到這兩個(gè)邊的光線(xiàn)均被全部吸收．現(xiàn)讓一平行光束以入射角θ1射到AB面上，經(jīng)折射后AD面上有光線(xiàn)射出，甲、乙兩同學(xué)分別用不同方法測(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(xiàn)的入射角不變，用遮光板由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(xiàn)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＝_________