北京市第十一中学2023届高考物理二轮复习实验专题讲义：实验十七 测定玻璃的折射率

实验十七: 测定玻璃的折射率 1.实验目的： 测定玻璃的折射率 2.实验原理： 如图所示，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线的O'B，从而求出折射光线OO'和折射角r，再根据算出玻璃的折射率。 3、实验器材： 一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针（4枚），量角器（或圆规、三角板），刻度尺 4.实验过程： （1）把白纸铺在木板上。 （2）在白纸上画一直线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。 （3）把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa'重合，再用直尺画出玻璃的另一边bb'。 （4）在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。 （5）从玻璃砖bb'一侧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bb'一侧插上大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P1、P2的像及P3本身。 （6）移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O'B交bb'于O'。连接O、O'，OO'就是玻璃砖内折射光线的方向。AON为入射角，O'ON'为折射角。 （7）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。 （8）用上述方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记录在表格里。 （9）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。求出几次实验测得的的平均值，这就是这块玻璃的折射率。 注意事项 1．轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面。严禁把玻璃砖当直尺用。 2．实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动。 3．插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光路方向时出现的误差。 4．实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近90°），否则会不易观察到P1、P2的像。 5．本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖，如采用三棱镜，半圆形玻璃砖等，只是出射光和入射光不平行，但一样能测出折射率。 ( 例1 （ ★★ ） 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P 1 、P 2 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P 3 ，使P 3 挡住P 1 、P 2 的像，连接O P 3 ．图中MN为分界面，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点． ① 设AB的长度为l 1 ，AO的长度为l 2 ，CD的长度为l 3 ，DO的长度为l 4 ，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量的有 ，则玻璃砖的折射率可表示为 ． ② 该同学在插大头针P 3 前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）． ) 【考点】测定玻璃的折射率 【解析】（1）根据几何知识得，入射角的正弦， 折射角的正弦，又BO=OC，则折射率为．故需要测量的量有l1 和l3； ②该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，折射光线将顺时针转动，而作图时仍以MN为边界，AD为法线，则入射角不变，折射角减小，由折射率公式律可知，测得玻璃砖的折射率将偏大． 【答案】①l1 和l3；    ②偏大 【教学建议】本题用插针法测定半圆形玻璃砖折射率，数据处理的方法是单位圆法，分析误差关键分析入射角和折射角产生的误差，由实验原理律 分析． ( 例2. （ ★★ ） 如图所示，当光线AO以一定入射角穿过一块两面平行的玻璃砖时，通过“插针法”找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而确定折射光线OO′． （1）如图1，用量角器量出入射角i和折射角r，根据n= 可计算出玻璃的折射率； （2）如图2，以O为圆心，用圆规作圆与OA、OO′分别交于P、Q点，过P、Q点分别作法线NN′的垂线，垂足分别为P′、Q′，用刻度尺测量出PP′和QQ′的长度，则玻璃的折射率n= ． ) 【考点】测定玻璃的折射率 【解析】（1）根据折射定律得， （2）因为 所以． 【答案】, 【教学建议】解决本题的关键掌握折射定律，并能灵活运用 ( 例3 ．（ ★★ ） （1）利用“插针法”测量不平行玻璃砖折射率的实验光路如图所示，出射光线O′Q与入射光线PO （填“平行”或“不平行”）．对实验数据的处理可采用如下方法：以入射点O为圆心，取一