2022届高考物理一轮突破实验二十 测量玻璃的折射率

实验二十　测量玻璃的折射率 【实验过程】 　(1)画线：把白纸用图钉钉在木板上，在白纸上画直线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，使入射角θ1适当大些，如图所示。 (2)放玻璃砖：把长方形玻璃砖放在白纸上，使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′。实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。操作时手不能触摸玻璃砖光洁的光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 (3)插针：在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像时，把大头针P3插好。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，同时也能挡住P1、P2的像。 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bb′之间距离要稍大一些。 (4)量角：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θ2，用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小。θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。 (5)重复：改变入射角θ1，重复上面的步骤再做3～4次，量出相应的入射角和折射角。 (6)计算：根据n＝算出每一次的测量值，然后取平均值得到玻璃的折射率。 【数据处理】 1．计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求出多个n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。 2．单位圆法： (1)以入射点O为圆心，以一定长度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，过E′作NN′的垂线E′H′，分别交NN′于点H、H′，如图所示。 (2)由图中关系知sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝，只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出玻璃砖的折射率n。 3．图象法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin θ1­sin θ2图象，由n＝可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率。 【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，以减小测量的相对误差。 【注意事项】 1．实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。 2．不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。 3．大头钉应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差。 4．实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大。 【实验创新】 　本实验关键是找出对应入射光线的出射光线，从而画出光在玻璃中的折射光线。多考查对实验原理的理解、实验操作的把握和数据的处理。本实验的创新有以下几点： (1)测其他形状玻璃砖的折射率 “测定玻璃折射率”实验中，也可以用三棱镜、半圆形玻璃砖等进行测量。实验中只要利用“插针法”定出入射光线和出射光线，其与界面的交点就是入射点和出射点，连接入射点和出射点就能作出折射光线，一样可以测出折射率。光路图如图所示。 (2)测量液体的折射率 除了测量各种玻璃砖的折射率外，也可以测量液体的折射率。介质、测量方法及所用仪器都发生变化。 教材原型实验 【典例1】(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图所示，其中实验操作正确的是________。 (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) 创新型实验 类型一　测其他形状玻璃砖的折射率 【典例2】 (多选)(2020·沈阳模拟)如图所示，某同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验，他进行的主要步骤是：①用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d；②先把白纸固定在木板上，将玻璃砖水平放置在白纸上，用笔描出玻璃砖的边界，将玻璃砖移走，标出玻璃砖的圆心O、直径AB及AB的法线OC；