2013届高考物理一轮复习第十三章 光学与电磁波、 相对论简介 实验十四 测定玻璃的折射率 课件

实验十四测定玻璃的折射率一、实验目的1．测定玻璃的折射率．2．学会用插针法确定光路．二、实验原理如图所示，当光线AO1以一定的入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而作出折射光线O1O2和折射角θ2，再根据n＝sinθ1sinθ2或n＝PNQN′，算出玻璃的折射率．三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔．四、实验步骤1．把白纸铺在木板上(如图)．2．在白纸上画一直线aa′作为界面，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．3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，用笔记下另一边所在直线上的两点b、b′.4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住．再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像．6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′；过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′，OO′就是玻璃砖内折射光线的方向．∠AON为入射角，∠O′ON′为折射角．7．改变入射角，重复实验．五、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sinθ1和sinθ2.算出不同入射角时的sinθ1sinθ2，并取平均值．2．作sinθ1－sinθ2图象：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2图象，由n＝sinθ1sinθ2可知图象应为直线，如图所示，其斜率为折射率．3．“单位圆法”确定sinθ1、sinθ2，计算折射率n.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，sinθ1＝EHOE，sinθ2＝E′H′OE′，OE＝OE′＝R，则n＝sinθ1sinθ2＝EHE′H′.只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n.六、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．七、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，出射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大．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5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大．八、实验改进本实验可用半圆形玻璃砖代替长方形玻璃砖，做法如下：在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2，确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3作光路图，如图所示．则折射率n＝sinθ1sinθ2＝ABOBCDOC＝ABCD.[例1](2012年温州模拟)一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面)．现要测定此玻璃的折射率．给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、带有刻度的直角三角板、量角器．实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直．在纸面上利用刻度尺画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示，然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图所示)．用P1、P2的连线表示入射光线．(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置．(2)然后，移去玻璃砖与大头针．试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤．(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式为n＝______.实验原理和注意事项[解析](1)在bb′一侧观察P1、P2(经bb′折射、aa′反射，再经bb′折射)的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P2、P1的像和P3，P3、P4的位置如图所示．(2)①过P1、P2作直线与bb′交于O；②过P3、P4作直线与bb′交于O′；③利用刻度尺找到OO′的中点M；④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N，如图所示，连接ON；⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2(3)由折射率的定义可得n＝sinθ1sinθ2.[答案]见解析实验数据的处理[例2]学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示．在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像．同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________．(2)图中P3、P4两位置，________处所对应的折射率值大．(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为_______．[解析]本题考查利用插针法测定液体的折射率和对折射率的理解．(1)根据折射定律n＝sinθ1sinθ2，题中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝sin60°sin30°≈1.73.(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以P4对应的折射率大．(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率为1.[答案](1)1.73(2)P4(3)1