第十三章 实验十七 测定玻璃的折射率-【创新教程】2024高考物理总复习大一轮教师用书word（新教材，人教版）

实验十七　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]　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下图所示，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) [解析]　(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使插在玻璃砖同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故A、D正确，B、C错误． (2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线与出射光线平行，由光线在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D. (3)如图所示，玻璃的折射率 n＝， 又sin i＝，sin r＝， 故n＝. [答案]　(1)AD　(2)D　(3) [跟踪训练] 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