第四章 第二节 测定介质的折射率-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册同步全程学习全书word（粤教版）

第二节　测定介质的折射率 一、实验目的 1.测量玻璃砖的折射率. 2.学习用插针法确定光路. 二、实验器材 　木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、刻度尺、量角器、铅笔. 三、实验原理与设计 当光从空气射入玻璃时,根据折射定律=n,测出入射角i和折射角γ,就可计算出玻璃的折射率. 如图所示,透过玻璃砖观察大头针P1,P2,调整视线方向,直到P2的像挡住P1的像.再在观察者同一侧依次插入大头针P3,P4,使P3挡住P1,P2的像,P4挡住P3和P1,P2的像.这样,P1,P2以及P3,P4的连线分别代表入射光和经玻璃砖折射后射出的光,由此可画出光路图并测出入射角和折射角. 四、实验操作 1.固定白纸.用图钉将白纸平整地固定在平木板上. 2.画界面,作法线. (1)在白纸上画一条直线aa′作为界面,过aa′上一点O画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线,如图所示. (2)把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一边bb′. 3.用“插针法”确定折射光线. (1)在入射光线AO上竖直地插上两枚大头针P1,P2,透过玻璃砖观察大头针P1,P2的像,调整视线方向,直到P1的像被P2的像挡住,再在观察的这一侧插上两枚大头针P3,P4,使P3挡住P1,P2的像,P4挡住P3和P1,P2的像,记下P3,P4的位置. (2)移去大头针和玻璃砖,过P3,P4作直线O′B,与bb′交于O′,连接OO′,OO′就是光射入玻璃砖时的折射光线.相应地,入射角i=∠AON,折射角γ=∠O′ON′. (3)用上述方法分别找出入射光线AO在不同入射角(15°,30°,45°,60°,75°)下的折射光线. 一、数据处理 1.计算法 (1)用量角器量出入射角和折射角的度数,查出它们的正弦值,并把这些数据填入记录表格里. (2)算出不同入射角时的值,比较一下,看它们是否接近一个常数,求出几次实验中的平均值,则可得这块玻璃砖的折射率. 2.图像法 根据折射率的定义可得n=,因此有sin i=nsin γ.多次改变入射角,测量相对应的入射角和折射角,以sin γ为横轴,以sin i为纵轴建立直角坐标系如图所示.画出数据点,过数据点连线得一条过原点的直线.求解图线斜率,设斜率为k,则玻璃砖折射率n=k. 二、误差分析 误差 产生原因 减小方法 偶然误差 入射角、折射角的测量不准确 入射角适当大些 系统误差 入射光线、折射光线的确定不准确 插针时大头针竖直,相邻两枚大头针间距大些 三、注意事项 1.实验中,玻璃砖在纸上的位置不可移动. 2.不能触摸光学面,严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb′. 3.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之间、P3与P4之间的距离应大一些,以减小在确定光路方向时造成的误差. 类型一　实验原理的理解 [例1] 如图所示,在测量玻璃折射率的实验中,两位同学先把方格纸固定在木板上.再把玻璃砖放在方格纸上,并确定a和b为玻璃砖的上下界面的位置.在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2.请完成以下实验步骤: (1)下列操作步骤正确的是　　　　(多选);  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P3和P1,P2的像 (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),在图中作出完整的光路图; (3)利用光路图计算此玻璃砖的折射率n=　　　　.  解析:(1)在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1和P2,确定入射光线,然后插上大头针P3,使P3挡住P1,P2的像,再插上大头针P4,使P4挡住P3和P1,P2的像,从而确定出射光线.B,D正确. (2)光路图如图所示. (3)在光路图中构造三角形,由图得sin θ1=, sin θ2=,由折射定律得n==. 答案:(1)BD　(2)图见解析　(3) [针对训练1] 某同学在测一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时,先在白纸上画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.在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2,在另一侧按正确方法再插两枚大头针P3和P4,移去大头针和圆形玻璃后,得图如图所示. (1)从P3和P4一侧观察时,P1,P2,P3,P4应满足的关系为　 ;  (2)用α和β表示光线从玻璃射入空气时的入射角和折射角,用它们表示出玻璃的折射率 为　　　　　.  解析:(1)从P3和P4一侧观察时,P1,P2,P3,P4应满足的关系为大头针P3,P4和P1,P2的像恰在一直线上; (2)用α和β表示光线从玻璃射入空气时的入射角和折射角,则折射率n=. 答