实验15　测定玻璃的折射率-备战2022年高考物理实验复习全能突破

实验15　测定玻璃的折射率 知识体系·思维导图 考点整合·素养提升 主题1 数据处理 1.计算法:计算每次的折射率n,然后求平均值。 2.图像法:作sin θ1-sin θ2图像,由n=可知图像为直线,其斜率即折射率,如图所示。 3.单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用单位圆法。 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',如图所示。 ②由几何关系有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n。 主题2 误差分析 (1)确定入射光线、出射光线时的误差。故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点。 (2)测量入射角与折射角时的误差。故入射角不宜过小,但也不宜过大,过大则反射光较强,出射光较弱。 主题3 注意事项 (1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的。 (2)大头针要插得竖直,且间隔要大些。 (3)入射角不宜过大或过小,一般在15°~75°之间。 (4)玻璃砖的折射面要画准,不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。 (5)实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。 知识训练·能力提升 【典例1】[2019年天津卷,T9(2)]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)下列措施能够提高实验准确程度的是　　　。  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1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2所示,则玻璃的折射率n=　　　。(用图中线段的字母表示)  【答案】(1)AD　(2)D　(3) 【解析】(1)采用插针法测定光的折射率时,应选定光学表面间距大一些的玻璃砖,这样光路图会更加清晰,减小误差,同时两枚大头针的距离尽量大一些,保证光线的直线度,A、D两项正确;光学表面是否平行不影响该实验的准确度,B项错误;应选用细一点的大头针,C项错误。 (2)根据光的折射定律可知当选用平行的玻璃砖时出射光和入射光应是平行光,又因发生了折射,所以出射光的出射点相比入射光的延长线向左平移,D项正确。 (3)由折射定律可知折射率n=,sin ∠AOC=,sin ∠BOD=,联立解得n=。 能力点二 数据处理与误差分析 【典例2】(2020年四川成都质检)做测量玻璃折射率实验时,同学们被分成若干实验小组,以下是其中两个实验小组的实验情况: (1)甲组同学在实验时,用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sin i-sin r图像如图1所示,则下列判断正确的是　　　　。  A.光线是从空气射入玻璃的 B.该玻璃的折射率约为0.67 C.该玻璃的折射率约为1.5 D.该玻璃置于空气中时临界角约为45° (2)乙组同学先画出图2所示的坐标系,再在y<0区域放入某介质(以x轴为界面),并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点,它们的坐标分别为A(8,3)、B(1,-4)、C(7,-4),则: ①入射点O'(图中未标出)的坐标为　　　　。  ②通过图中数据可以求得该介质的折射率n=　　　　。  【答案】(1)AC　(2)①(4,0)　② 【解析】(1)由图可知,入射角大于折射角,故可知光线是从空气射入玻璃的,A项正确;由n=可知,玻璃的折射率n=≈1.5,B项错误,C项正确;由sin C=可知,临界角的正弦值为0.67,D项错误。 (2)①画出三条光线如图所示 　　根据反射光线与入射光线的对称性可知,入射点O'的横坐标x= cm =4 cm ,故入射点O'的坐标为(4,0)。 ②设入射角为i,折射角为r。根据数学知识得 sin i==0.6 sin r==0.8 所以该介质的折射率n===。 【变式1】(2021届贵州贵阳模拟)如图所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,连接OP3,图中MN为分界线,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D两点。 (1)设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,