第四章 第1节 第2课时 实验：测量玻璃的折射率-【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（人教版）

第2课时　实验：测量玻璃的折射率 [学习目标要求]　1.掌握测量折射率的原理及方法。2.能用插针法测量玻璃的折射率。 1．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＝。 2．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。 3．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。 (7)改变入射角，重复实验。 4．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。 ②由图中关系sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，得n＝＝，则只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。 5．注意事项 (1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。 (2)入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大。 (3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 (4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 考查热点一　实验原理与操作 　(1)(多选)几位同学做“用插针法测量玻璃折射率”实验，图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面。几位同学进行了如下操作： A．甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′与bb′不平行，其他操作正确 B．乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，将玻璃砖向aa′方向平移了少许，其他操作正确 C．丙同学在白纸上画aa′、bb′两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确 上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测量结果没有影响的是________。 (2)在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图所示(①②③是三条直线)。在以后的操作说法中你认为正确的是________。 A．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在③线上 B．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上 C．保持O点不动，减小入射角，在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上 解析：(1)甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa′和bb′不平行，不会影响入射角和折射角的确定；乙同学将玻璃砖向aa′方向平移了少许，直线aa′、bb′之间的距离仍然等于玻璃砖的厚度，入射角和折射角的大小不变；丙同学在白纸上画aa′和bb′间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，使画出的入射点向左移，出射点向右移，所画的折射角比实际值大，算得的折射率将偏小。 (2)由折射定律得知，光线通过平行玻璃砖后向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向②一侧偏移，如图，故另两枚大头针P3和P4不可能插在①线和③线上，故A、B错误；若保持O点不动，减小入射角，折射角也减小，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上，故C正确。 答案：(1)AB　(2)C 考查热点二　数据处理与分析 　在“测量玻璃的折射率”实验中： (1)(多选)为了取得较好的实验效果， A．必须选用上下表面平行的玻璃砖 B．选择的入射角应尽量小些 C．大头针应垂直地插在纸面上 D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些 其中正确的是________。 (2)A同学在画界面时，不小心将两界面aa′