第13章 第3讲 实验：测量玻璃的折射率（Word教参）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（新教材 新高考）

第3讲　实验：测量玻璃的折射率(基础实验) 一、理清原理与操作 原理装置图 操作要领 (1)铺白纸、画线 折射率n＝ ①将白纸用图钉固定在木板上 ②画出两边界线aa′和bb′、法线NN′、入射光线AO (2)插针与测量 ①在AO上插上两枚大头针P1、P2，在玻璃砖另一侧通过观察插上大头针P3、P4 ②移去玻璃砖和大头针，连接P3、P4交bb′于O′，连接OO′ ③测出入射角θ1、折射角θ2 二、掌握数据处理方法 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．图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作出sin θ1-sin θ2的图像，由n＝可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。 3.“单位圆法”：以入射点O为圆心，以一定的长度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＝＝。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。 三、扫描实验盲点 1．注意事项 (1)玻璃砖要用厚度较大的。 (2)入射角不宜过大或过小，一般控制在30°到60°之间。 (3)大头针要竖直插在白纸上，且距离应适当大一些。 (4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。 2．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。 1．(2023·衡水模拟)小明利用插针法做“测定玻璃砖的折射率”实验，正确操作后在白纸上画出了入射光线和折射光线，由于没有量角器，小明采用以下方法处理数据：以入射点O为圆心在白纸上作圆，该圆与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线MN的垂线，垂足分别为C、D点，如图1所示，然后改变入射角，重新进行实验，并仍按上述方法进行数据处理；设AC、BD的长度分别为x、y，小明一共获得了8组x、y值，并在y -x坐标系中描出各对应的点，如图2所示，根据图可求得该玻璃砖的折射率为____________。(保留三位有效数字) 解析：光路图如图所示，玻璃砖的折射率为n，其中入射角、折射角分别为i、r，则有sin i＝＝，sin r＝＝，n＝＝，由此可知y -x中图像的斜率k满足k＝，连接各点得到的直线如图所示。 由此可知k＝＝ 解得n＝1.50。 答案：1.50(1.40～1.60均正确) 2．(2023·天津模拟)如图所示，某同学在“测量玻璃的折射率”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AO与aa′的交点，在直线OA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P2的像和P1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P2、P1的像 (2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O作垂直于aa′的直线NN′，连接OO′测量图中角α和β的大小，则玻璃砖的折射率n＝__________。 (3)如果在实验过程中不小心将玻璃砖向上平移了一些，bb′移到图中虚线位置，而在作光路图时aa′不变，则所测得的折射率将__________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (4)若所使用的玻璃砖的界面bb′与aa′不平行，其他操作无误，则所测得的折射率将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析：(1)确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，故A、C错误，B、D正确。 (2)如题图，光线在aa′面的入射角为α，折射角为β，则根据折射定律得：玻璃砖的折射率n＝。(3)如果在实验过程中不小心将玻璃砖向上平移了一些，bb′移到图中虚线位置，而在作光路图时aa′不变，作出光路图：线①表示实际的光路，线②表示作图时所用的光路，可见，测量得到的入射角没有变化，而折射角偏小，根据折射率公式可知所测得的折射率将偏大。 (4)测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关。所以若所使用的玻璃砖的bb′与aa′不平行，其他操作无误，则所测得的折射率将不变。 答案：(1)BD　(2)　(3)偏大　(4)不变 3．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)下列说法正确的是________。