14.3实验：测定玻璃的折射率-【桂冠物理】2024高三物理一轮复习题型归纳技巧点拨（新高考专用）

第十四章 光、电磁波、相对论 14.3实验：测定玻璃的折射率 【考点预测】 1. 用插针法测介质折射率的实验目的、原理、器材 2. 用插针法测介质折射率的实验步骤和数据处理 3.用插针法测介质折射率的注意事项和误差分析 4. 根据侧移量判断折射率大小 【方法技巧与总结】 1．实验原理 如图1所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，求出折射角θ2，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率． 图1 2．实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔． 3．实验步骤 (1)用图钉把白纸固定在木板上． (2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′. (3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针． (4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′. (5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像． (6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得线段OO′. (7)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. (8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值． 4．数据处理 (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)作sin θ1－sin θ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2的图象，由n＝可知图象应是过原点的直线，如图2所示，其斜率为折射率． 图2 (3)“单位圆”法确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n. 图3 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3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. 5.实验注意事项 1．实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O′之间距离要稍大一些。 2．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。 3．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。 4．实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 5．玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。 【题型归纳目录】 题型一：教材原型实验 题型二：探索创新实验 【题型一】教材原型实验 【典型例题】 例1．同学们用“插针法”测玻璃的折射率，如图甲所示。    （1）下列说法正确的是 。 A．实验中，可以将玻璃砖界面当尺子画界线 B．为了减小作图误差，大头针、和、之间的距离应适当大些 C．测梯形玻璃砖、三角形玻璃砖和半圆形玻璃砖的折射率均可用“插针法” D．若光线的入射角较大，有可能在面发生全反射，所以在一侧就看不到、的像 （2）一位同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的比实际向外侧平移了一些（如图乙所示），其他操作均正确无误，并仍以和为折射面画出了光路图，这样测出的折射率将 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 （3）一位同学手头有圆规和刻度尺但没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线，与法线的交点分别为B点和D点，如图丙所示。用刻度尺测得AB的长度为x1，CD的长度为x2，则玻璃砖的折射率 （用测量的字母表示）。 练1．在“测玻璃的折射率”实验中： （1）如图1，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是 。    A．若不小心用手触摸了光学表面，不会影响测量 B．为减少测量误差，的连线与法线的夹角应尽量小些 C．为了减小作图误差，和的距离应适当取大些 D．界面一定要与平行，否则会有误差 （2）如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度 （填“大”或“小”）的玻璃砖来测量。 （3）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图像如图2所示，从图像可知玻璃砖的折射率等于 。    （4）如图3所示，在实验过