第13章 实验18 测量玻璃的折射率(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)江苏专用

　测量玻璃的折射率 教材原型实验　 　实验原理与操作 1．入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些， 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，折射光较弱；太小：入射角、折射角测量的误差较大。 2．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边界线。 3．测量玻璃的折射率，无论是使用平行玻璃砖、三棱镜，还是使用圆柱形玻璃砖，测量方法和测量结果都相同。如果测量时玻璃砖发生了微小移动，则测量结果会出现偏差。 [题组训练] 1．小花在做“测定玻璃的折射率”的实验中，先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针P3、P4，如图所示，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，用“＋”表示大头针的位置。图中AO表示经过大头针P1和P2的光线，该光线与界面aa′交于O点，NN′表示法线。 (1)请将光路图画完整，并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角θ1和折射角θ2。 (2)该玻璃砖的折射率可表示为n＝________。(用θ1和θ2表示) (3)确定P3位置的方法是________。 (4)对实验中的现象，下面说法正确的是________。 A．大头针应垂直于纸面插上 B．此实验可以不用量角器 C．如果玻璃砖aa′和bb′不平行，则无法用此方法测量折射率 D．如果入射角太大，则折射光线会在玻璃砖内表面发生全反射，而使实验无法进行 [解析]　(1)由于P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，故通过P1、P2的光线折射后通过P3、P4，作出光路图，如图所示： (2)根据折射定律，玻璃砖的折射率为：n＝。 (3)在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。 (4)大头针应垂直地插在纸面上，这样便于观察，故A正确。没有量角器，可以用下列方法求出折射率：完成了光路图以后，以O点为圆心、适当长度为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O、O′连线延长线于C点。过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点，如图所示。则由几何知识得到：sin i＝，sin r＝，又AO＝OC，则得折射率n＝＝，故B正确。在测定玻璃的折射率的实验中，所用玻璃的两表面aa′和bb′不平行，只要操作正确，则画出的光路图正确，则能正确得出入射角与折射角，由n＝，可知折射率n的测量值只与入射角和折射角有关，而与两个表面的形状无关，所以测得的折射率不变，所以玻璃砖aa′和bb′不平行，也可以用此方法测量折射率，故C错误。因为光先从空气射入玻璃中，玻璃两界面平行，即便是入射角太大，折射光线在玻璃砖内表面也不会发生全反射，故D错误。 [答案]　(1)见解析图　(2)　 (3)挡住P1和P2的像　 (4)AB 2．小张同学利用“插针法”测定玻璃的折射率。 (1)小张将玻璃砖从盒子拿出放到白纸上，图示操作较为规范与合理的是________。 A　　　　　　B　　　　　　C (2)小张发现玻璃砖上下表面不一样，一面是光滑的，一面是磨砂的，小张要将玻璃砖选择________(选填“磨砂的面”或“光滑的面”)与白纸接触的放置方法进行实验较为合理。 (3)小张正确操作插好了4枚大头针，如图所示，请帮助小张画出正确的光路图。然后进行测量和计算，得出该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)。 [解析]　(1)玻璃砖的光学面不能用手直接接触，接触面的污渍会影响接触面的平整，进而影响折射率的测定，B正确； (2)为了不影响观察实验，应使得磨砂面接触纸面； (3)光路图如图所示： 设方格纸上小正方形的边长为l，光线的入射角为θ1，折射角为θ2，则sin θ1＝≈0.798，sin θ2＝≈0.521，所以该玻璃砖的折射率n＝＝≈1.53。 [答案]　(1)B　(2)磨砂的面　(3)图见解析　1.53 3．(2023·徐州模拟)某同学用插针法测定一长方体玻璃砖的折射率。操作步骤如下： ①在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2； ②在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像； ③用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa′和bb′； ④取下玻璃砖、大头针，在白纸上描出光线的径迹，量出入射角i和折射角r，计算出折射率； ⑤改变入射角，重复上述过程，求出多组折射率并取其平均值。 甲　　　　　　　　乙 (1)以上步骤中有错误或不妥之处的是 ________(填步骤前序号)。 (2)为了减小实验误差，实验时应注意的是 ________。 A．入射角应尽量小些 B．玻璃砖的宽度宜小