实验03 测量玻璃的折射率-【同步实验课】2023-2024学年高二物理物理教材实验大盘点

实验03 测量玻璃的折射率 【实验目的】 掌握测量玻璃折射率的方法。 【实验设计】 1.实验方案 如图当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。 2.实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝。 3.实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。 【实验步骤】 1.如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。 2.在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)。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，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′。 4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。 5.移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。 6.连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中。 7.用上述方法求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。 8.算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。 要点1　实验原理与操作 【例1】 (2023·北京东城高二期末)在“测定玻璃折射率”的实验中操作步骤如下，请在横线上将实验内容补充完整。 (1)先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，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； (2)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐。在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′； (3)在线段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两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和________，记下________和________的位置(用题目中出现的字母表示)； (4)移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，应通过P3、P4的连线与bb′的交点O′和aa′上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO′，测量出法线NN′与AO之间的夹角作为入射角θ1，测量出法线NN′与________之间的夹角作为折射角θ2，填入表格中。由n＝计算玻璃的折射率(用题目中出现的字母表示)。 【例2】 (2023·北京人大附中高二期末)如图甲所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面 aa′和 bb′，O 为直线 MO 与 aa′的交点，在直线 MO 上竖直地插上 P1、P2 两枚大头针。 (1)该同学接下来要完成的必要步骤有________； A.插上大头针 P3，使 P3 仅挡住 P2 的像 B.插上大头针 P3，使 P3 挡住 P1 的像和 P2 的像 C.插上大头针 P4，使 P4 仅挡住 P3 D.插上大头针 P4，使 P4 挡住 P3和 P1、P2 的像 (2)图甲是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针 P4应在图甲中的位置________(填“A”“B”或“C”)； (3)请在图甲中画出光从空气入射到玻璃的入射角 θ1 和折射角 θ2，并写出计算玻璃折射率n的表达式 n＝________； (4)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面 aa′和 bb′的间距画得过宽，若其他操作正确，则折射率的测量值________准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。 要点2　科学探究之数据处理 1.计算法 通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，得出入射角和折射角的正弦值，再代入n＝中求多次不同入射角时n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。 2.图像法 求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出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 在不使用量角器的情况下，可以用画单位圆法。 (1)以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过