山东省专用2019_2020学年高中物理第十三章光第1节第2课时实验:测定玻璃的折射率讲义含解析新人教版选修3_4.pdf
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1、第二课时 实验:测定玻璃的折射率第二课时 实验:测定玻璃的折射率 一、实验目的 掌握测定玻璃折射率的方法。 二、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1和折射角 2,根据折射定律计算出玻璃的折射率n。 sin 1 sin 2 三、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。 四、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
2、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OB与bb交于O,直线OB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1AON,折射角2OON,用量角器量出入射角和折射 角,从三角函数表中查出它们的正弦值,把这些数据记录在自己设计的表格中。 (7)用上述方法求出入射角分别为 30、45、60时的折射
3、角,查出它们的正弦值,填 入表格中。 (8)算出不同入射角的比值,最后求出在几次实验中所测的平均值,即为 sin 1 sin 2 sin 1 sin 2 玻璃砖的折射率。 五、数据处理 处理方式一 : 在找到入射光线和折射光线以后, 以入射点O为圆心, 以任意长为半径画圆, 分别与AO交于C点,与OO(或OO的延长线)交于D点,过C、D两点分别向NN作垂线, 交NN于C、D,用直尺量出CC和DD的长,如图甲所示。 由于 sin 1,sin 2, CC CO DD DO 而CODO,所以折射率n。 sin 1 sin 2 CC DD 重复以上实验,求得各次折射率的计算值,然后求其平均值即为玻璃砖
4、折射率的测量值。 处理方式二:根据折射定律可得n, sin 1 sin 2 因此有 sin 2 sin 1。 1 n 在多次改变入射角、 测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上, 以 sin 1值为横坐标、 以 sin 2值为纵坐标,建立直角坐标系如图乙所示,描数据点,过数据点连线得到一条过原 点的直线。 求解图线斜率,设斜率为k,则k ,故玻璃砖折射率n 。 1 n 1 k 六、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1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
5、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。 (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。 七、实验误差 (1)入射光线和出射光线确定的不够精确。因此要求插大头针时两大头针间距应稍大。 (2)入射角、折射角测量的不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜 太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。 例 1 在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了 4 枚大头针,如图甲 所示。 (1)在答题纸上相应的图中画出完整的光路图; (2)对你画出的光路图进行测量和计算, 求得该玻璃砖的折射
6、率n_(保留 3 位有 效数字); (3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象, 某同学做了两次实验, 经正确操作插好了 8 枚大头针, 如图乙所示。 图中P1和P2是同一入射光线上的 2 枚大头针, 其对应出射光线上的 2 枚大头针是P3和_(填“A”或“B”)。 解析 (1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点,并延长与玻璃 砖边分别相交,标出传播方向,然后连接玻璃砖边界的两交点,即为光线 在玻璃砖中传播的方向。光路如图所示。 (2)设方格纸上正方形的边长为1,光线的入射角为i,折射角为r,则sin i0.798,sin r0.521 5.3 5.3242 2.2 2.223.62 所以玻璃
7、的折射率n1.53。 sin i sin r 0.798 0.521 (3)由题图乙可知,光线P1P2入射到玻璃砖上时,相当于光线射到了一个三棱镜上,因此 出射光线将向底边偏折,所以出射光线过P3和A。 答案 (1)如解析图所示 (2)1.53(说明:0.03 范围内都可) (3)A 例 2 如图所示某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时, 先在白纸上作一与 玻璃圆柱同半径的圆,圆心为O,将玻璃圆柱平放在白纸上,使其边界与所画的圆重合。在玻 璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2,再在另一侧先后插两枚大头针P3和P4,使从另一侧隔着玻 璃观察时,大头针P4和P3与P2和P1的像恰在一直线上,移
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