第十五章 实验十九 测定玻璃的折射率-2023高考物理艺考生文化课百日冲关教师用书word（新教材，人教版）

实验十九　测定玻璃的折射率 1．实验目的 (1)测定玻璃的折射率． (2)学会用插针法确定光路． 2．实验原理 如图所示，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射角θ2，再根据n＝算出玻璃的折射率． 3．实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔． 4．实验步骤 (1)如图所示，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，再用直尺画出玻璃砖的另一边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，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住．再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像． (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)改变入射角，重复实验． 5．数据处理 (1)计算法 用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的，并取平均值． (2)作sin θ1－sin θ2图像 改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2 图像，由n＝可知图像应为直线，如图所示，其斜率为折射率． (3)“单位圆法”确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n 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，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. 6．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． 7．注意事项 (1)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O′之间距离要稍大一些． (2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)．太大：反射光较强，出射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大． (3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线． (4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变． (5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大． 热点一　实验原理与操作 [典题例析] [典例1]　如图甲所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置．然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像． 　 (1)此后正确的操作步骤是　________　. 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P1、P2的像和P3 (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)．为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条辅助线，如图乙、丙所示．能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图　________　(填“乙”或“丙”)，所测玻璃折射率的表达式n＝　________　(用代表线段长度的字母ED、FG表示)． [解析]　(1)此后正确的操作步骤是：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3，B、D正确． (2)能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图丙，因为n＝＝＝. [答案]　(1)BD　(2)丙　 [跟进题组] 1．“测定玻璃的折射率”实验中，如图是在纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a′是描在纸上的玻璃砖的两个边． (1)在玻璃砖的一侧竖直插两枚大头针A、B，在另一侧再竖直插两枚大头针C、D.在插入第四枚大头针D时，要使它挡住　________　. (2)某同学根据n＝计算玻璃的折射率．请在图的括号中标出要测的物理量L1、L2. 解析：插在D点的大头针必须挡住C及A、B的像；这样才能保证沿A、B的光线经过C、D；作出光路图， 以入射