第四章 第2节 实验：测定玻璃的折射率-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第2节　实验：测定玻璃的折射率 一、实验目的 1．学会用插针法确定光路。 2．会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率。 二、实验原理 当光从空气射入玻璃时，测出入射角i和折射角r，根据n＝计算出玻璃的折射率。 三、实验器材 　白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，截面为矩形的玻璃砖。 四、实验步骤 1．先在白纸上画一条直线EE′代表两种介质的分界面；再画出一直线段AB代表入射光线；然后画出分界面上B点处的法线NN′，如图所示。 2．把矩形玻璃砖放在白纸上，使它的一条长边与EE′对齐。用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线FF′代表玻璃砖的另一边。 3．在直线AB上竖直地插上两枚大头针G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向。直到G1的像被G2的像挡住。 4．再在观察的这一侧先后竖直地插上两枚大头针G3，G4，用G3挡住G1、G2的像，再用G4挡住G3，以及G1、G2的像。 5．移去大头针和玻璃砖，过G3、G4的插点画直线CD与FF′相交于C点，直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的出射光线。连接BC，BC就是折射光线在玻璃砖内的路径。 6．用量角器量出入射角i和相应的折射角r，查出它们的正弦值。改变入射角i的数值，多次重复实验，例如入射角i分别取15°、30°、45°、60°、75°等。 五、实验数据处理 1．平均值法 计算出入射角不同时，入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值，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。 2．图像法 根据n＝，有sin r＝sin i在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角并计算正弦值的基础上，以sin i的值为横坐标，sin r的值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描点画线得到一条过原点的直线，求解图线的斜率，设斜率为k，则k＝，故玻璃砖折射率n＝。 六．实验误差分析 1．误差来源 本实验误差的主要来源是测量光在玻璃中的折射角r的误差。 2．减小误差的方法 (1)选用宽度较大的玻璃砖，玻璃砖的宽度宜在5 cm以上，若宽度太小则测量误差较大。 (2)入射角宜在15°～75°范围内取值。 (3)在纸上画aa′、bb′两条线时，应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合，这样，两交点O1、O2才能与光线的实际入射点较好地相符，否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重。 　实验原理和操作 　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)(多选)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)采用插针法测定玻璃的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时两枚大头针的距离尽量大一些，保证光线的准确度，因此A、D正确；光学表面是否平行不影响该实验的准确度，因此B错误；应选用细的大头针，因此C错误。 (2)根据光的折射定律可知当选用平行的玻璃砖时出射光和入射光应是平行光，又发生了折射，因此出射光的出射点应相比入射光的延长线向左平移，因此D正确，A、B、C错误。 (3)由折射定律可知折射率n＝， sin∠AOC＝，sin∠BOD＝，联立解得n＝。 【答案】　(1)AD　(2)D　(3) [针对训练] 1．如图所示，在插针法测定玻璃折射率的实验中，两位同学先把方格纸固定在木板上。在方格纸上画出一条直线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。再把玻璃砖放到方格纸上，画出玻璃砖的下界面bb′的位置。在直线AO上插两枚大头针P1和P2，再在玻璃砖的另一侧插上大头针P3和P4。确定光路后利用折射定律计算折射率。 (1) (多选)关于本实验下列说法正确的是________； A．实验时入射角应适当大些 B．为了减小误差，插大头针时应使P1和P2、P3和P4的间距小一些 C．插大头针P4时，应使P4同时挡住P3和P1、P2的像 (2)利用上述方格纸上的实验记录，计算此玻璃砖的折射率为______。(答案可以用分数或根号表示) 解析：(1)实验时