第4章 第2节 测定介质的折射率.docx

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1、第二节 测定介质的折射率1 .（3分）介质的折射率由决定的,与sin 和Sine2大小.当光垂直界面照射时，怎样计算介质折射率？【解析】折射率是表示光线在透明介质界面上发生偏折程度的物理量，其 大小由介质本身的光学特性决定，虽然利用=看黑计算，但其大小与sin/、 Sine2无关.在折射现象中，当入射角为0。时，折射角也为0。，这是个特殊情况, 但仍是折射现象，此时无法利用公式=怖黑计算，但仍可利用来计算该 介质的折射率.【答案】介质光学性质无关nq2 .（3分）一束光线与水平方向成30。角，从空气射入水中，其反射光线和折 射光线恰好垂直，则反射角和折射角各为（）A. 30o 30oB. 60

2、 60C. 60o 30oD. 30 60【解析】我们可以根据题意画一简单的光路图，根据题中条件可知入射角 为60。，则反射角为60。，由反射光线和折射光线的垂直关系可知折射角为30。.【答案】C3.（4分）如图4 21所示，人站在距槽边。为L=I.2 m处，刚好能看到 槽底B处，人眼睛距地面高度H= 1.6 m,当槽中注满某种透明液体时，人刚好 能看到槽底中央O点处.求：图 4 21（1）这种液体的折射率：（2）光在该液体中的传播速度.【解析】 连接人眼与B点，由图可知入射角a= NCQA连接。点与O点、, in f） c则折射角例=NCQO.这样由公式*1=3即可求出液体的折射率和光在 此

3、液体中的传播速度.因为 sin 0 = SinZCDB=又因为Sin又=而=的其CD2, 一八 3 BC 20Ce八八 10” 由 sm =5=BD=BD BD=yOC, Q将 CD=NBb2-4OC2代入得 CD=qOC,Sin a=0G+(竽2后ein Hc故液体的折射率n= A= 1.71,光在该液体中的传播速度：V = - =SUl。2，I1.75 108 ms.品薪知事里m学生P45【答案】 1.71 (2)1.75 IO8 m/s课标导思1 .学会根据一：；：；测定玻璃的折射率，并能掌握实验操作 技能.2 .会对实验方案进行必要的评估.一、实验目的会用插针法测定玻璃的折射率,掌握光

4、发生折射时，入射角和折射角的确定 方法.二、实验原理如图4 2 2所示，用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O, B, 确定出0,点，画出折射光线Oo, ,然后测量出角i和的度数，根据=黑 计算出玻璃的折射率.图 4-2-2三、实验器材白纸；图钉；大头针；长方形玻璃砖；直尺；铅笔；量角器；木板.四、实验步骤1 .如图所示，将白纸用图钉按在绘图板上，先在白纸上画出一条直线比 作为界面.过比上的一点。画出界面的法线NN,并画一条线段49作为 射光线.2 .把长方形玻璃砖平放在白纸上，使它的长边跟对齐，画出玻璃砖的 另一条长边防.3 .在线段AO上竖直地插上两枚大头针P、P2,透过玻璃砖观察大头

5、针P、 P2的像，调整视线的方向，直到P的像被P2挡住.再在观察的这一侧插两枚大 头针P3、尸4,使P3挡住Pl、P2的像,P4挡住P3及P、22的像,记下P3、P4 的位置.4 .移去大头针和玻璃砖，过P3、引直线O B9与4交于O ,直线 0 B就代表了沿49方向入射的光线透过玻璃破后的传播方向.连接Oo, , 入射角i= NAON,折射角r=N ONf .5 .用量角器量出入射角和折射角,查出它们的正弦值，将数据填入自己设 计的表格中.6 .改变入射角，用上述方法分别求出折射角，查出它们的正弦值，填入表 格中.7 根据=瞿求得每次测得的折射率，然后求出平均值 sin r五、注意事项1 .

6、入射角，不要定的太小，如果i太小，厂也太小，用量角器测量角度时， 相对误差较大.2 .在入射光线上插上大头针或确定0, B时插的大头针都要竖直.P与P2 及P3与P4的距离要适当大一些.3 .要先画直线比 ,放上玻璃砖后再画从直线，不要放上玻璃砖后再画 a/ ,以免入射点。的位置有误差.4 .画好界面从后实验中不要再碰动玻璃石专，以免改变入射角和折射角， 使测量结果出现错误.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.疑难尊析FTJ学生P45一、数据处理1 .平均值法将表格中每组对应的=普计算出来，然后求其平均值即为介质折射率的 sin 测量值，即n =/1 +

7、 2+ 几5）2 .图象法以入射角i的正弦sin i为横坐标，以折射角y的正弦sin 7为纵坐标建立坐标系，将实验数据在坐标系中描点、连线（如图4-2-3）,则所得直线的斜率k与介质的折射率n之间的关系为n=jK图 4-2-3二、误差分析产生原因减小方法偶然误差入射角i和折射角y读数不准确保持视线与玻璃砖（或容器）的上 表面垂直系统误差入射光线粗，或没有沿半径方向 入射调整好光束的粗细和入射方向三、测玻璃砖折射率的实验改进本实验是通过测量入射角和折射角，查其正弦值，再代入=sinz7sinr中求 玻璃折射率的.采用这种方法容易产生较大误差.改进方法一：在找到入射光线和折射光线以后，可以以入射点

8、为圆心， 以任意长为半径画圆，分别与49、OO（或OO,的延长线）交于。点和。点， 过。、O两点分别向法线NN,作垂线，交NNf于U、点，用直尺量出 CC和。的长，如图.图 41214LCCDDlil sin = OC , sin 2= OD，而 OC=OD=R.因此玻璃折射率=瞿=好用同样方法再多测几组数据求出值，然后求平均值即为所求玻璃砖的折射 率.显然，以边长替代入射角、折射角的正弦值既方便又准确.改进方法二：根据折射定律可得=普，因此有SinA=in九 SJLU L)AL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。 值为横坐标、以SinS值为纵坐标，建立直角坐

9、标系，如图所示.描数据点，过 数据点连线得一条过原点的直线.图 412 1 5求解图线斜率，设斜率为左，则左=故玻璃破折射率一、测定玻璃的折射率A例国 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0,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Pl和P2,在另一侧再先后插两枚大 头针P3和尸4,使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针长和24与Pl和P2的像恰在 一直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在白纸上得到图426.图 4 2 6(1)在图中画出：沿Pi和Pi连线的入方向的入射光线通过圆柱形玻璃后的传播方向.光线在玻璃中的

10、传播方向.在光线的入射点作法线，标出入射角/和折射角A(2)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算).【导析】分别作出入射光线、出射光线与界面的交点，确定介质中的折射 光线，将入角，、折射角代入=需即可解决.【解析】 光路图如图所示，过P和P2作直线交圆于 、戛二景Oi点，作OiO为法线，过己和P作直线为出射光线交圆 于。2点，过作直线为法线，连接OlO2为入射光线在 玻璃内的折射光线，量出入射角i和折射角力根据折射定律=鬻可求出折射 SlIl )率.【答案】(1)见解析(2)=黑折射率测量是否准确，取决于所画光路图中的“光线”是否准确，问题的关 键在于入射光线的入射点和出射光线的出射点能否准确地

11、确定.L用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的 一侧插上两枚大头针P和然后在棱镜的另一侧观察.调整视线使P的像被 P2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、尸4,使己挡住P、P2的像， 24挡住P3和P、P2的像，大头针的位置和三棱镜的轮廓如图4 2 7所示.图 427(1)在图上画出所需的光路.(2)为了测出三棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是、, 在图上标出它们.(3)计算折射率的公式是.【解析】(1)如图所示，画出通过P、P2的入射光线交AC面于。点，画出通过P3、24的出射光线 交AB面于0,点，则光线O0,就是入射光线PP2在三棱镜中的折射光线.(2)在所

12、画的图上，标明入射角仇和折射角仇，并画出虚线部分.用量角器 测量出仇和伪或用刻度尺测出线段：尸、OE, GH, OG的长度.SineI /、 斗. EFGH(3)=而瓦或因为Smel= 瓦，Sme2= 丽，l EFGH EFOG 川 nOE1GOE GHt【答案】(1)如图所示(2)(图)入射角/ 折射角 枕或E尸和。口GH和OG)八、 SineI-(3)=而不(或R=EFOG瓦丽二、测定介质折射率的误差分析A例及 如图4-2-8所示，在用玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，如果所 用的玻璃砖ABCD的上表面AB和下表面CD不严格平行（A。略大于BC）,下列 说法中正确的是（）图 4-2-8A.用此

13、玻璃砖做实验，画出的出射光线。和相应的入射光线不再平行， 因此对实验结果产生系统误差B.用此玻璃砖做实验，画出的出射光线。和相应的入射光线不再平行， 但不会因此对实验结果产生影响C.出射光线C相对于入射光线a有顺时针方向的微小偏转D.出射光线。相对于入射光线。有逆时针方向的微小偏转【导析】 作出入射光线，入射点和出射点.连接入射点和出射点得到玻璃 中实际的折射光线.【解析】 只要能把入射光线。在玻璃中的折射光线确定下来，就能测定 出玻璃的折射率.AB和CQ不严格平行，和C显然也不平行，但同样能确定出 b的位置,因此不会对实验结果产生影响，可以设想AB和CQ原来是平行的， 现让CD逆时针转动一个

14、小角度Q,则法线也跟着逆时针转动Q, b光线的入射 角减小了 Q.由于折射角的变化大于入射角的变化，可以设想为出射光线。先随法 线逆时针转动Q（相当于折射角没变），再顺时针转动一个更大的角度到达新位 置.因此，本题选项为BC.【答案】BC解决这类问题作实际光路图是关键，再根据实际情况去分析入射角，折射角 及折射率的变化.2.在测定玻璃的折射率的实验中，画好玻璃砖界面的两直线和况后, 不慎将玻璃砖向上平移，如图4 2 9中的虚线所示.若其他操作正确，则测得 的折射率将（填“偏大”“偏小”或“不变”）.图 4 2 9【解析】 如图所示，AB为作图时玻璃里的折射线，Ib,A, Bf为实际实验时玻璃砖

15、里的折射线.由于玻璃砖只是 ANfiB, B 平移，可得AB与A，B平行，因此入射角的测量值?与实际值P相等，折射 角的测量值?与实际值/相等，因此根据公式：=黑，折射率的测量值与 实际值相等.所以不变.【答案】不变1 .某同学做测定玻璃折射率实验时，用他测得的多组入射角与折射角力 作出SinZsiny图象如下图4 210所示，下列判断中哪些是正确的（）图 4210A.他做实验时，光线是由空气射入玻璃的B.玻璃的折射率为0.67C.玻璃的折射率为1.5D.光在玻璃中的传播速率为2X108向5【解析】由图知，光线由空气射入玻璃.A对；=左=黑=1.5, B错，C 对；由得 o=：=3ms = 2

16、 IO8 m/s.D 对.【答案】 ACD2 .测定玻璃的折射率时，为了减少实验误差，应该注意的是（）A.玻璃砖的宽度宜大些B.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P和P2及己和P之间的距离适当大些【解析】由做本实验注意事项可知A、。、。选项正确.【答案】 ACD3 .如右图4 2所示，是利用插针法测定玻璃破折射率的一次实验光路 图，PQ为玻璃破入射面的法线，MN,石尸均垂直于法线PQ并分别交于N和5 点，入射点为O,取OM=OF,用刻度尺量出MN、EF的长度，则折射率n= MN/M.改变入射角i的大小，重复以上实验，可量出MN、石尸的多组数据.现 有两位同学各设计了一个记录

17、数据表格，而且都已完成了计算.甲同学设计的表格是:图42次数123长度平均值nMN/cm1.681.782.121.861.49EF/cm1.121.241.401.25乙同学设计的表格是:次数MN/cmEF/cmnn11.681.121.501.4821.781.241.4432.121.401.51上述两位同学处理数据的方法正确的是(填“甲” “乙”或“都正确”).【解析】 平均值法进行数据处理时，求多次实验的折射率，然后求折射率 的平均值.故乙正确.【答案】乙4 .如图4 212所示，一半圆形玻璃砖外面插上P、P2、P3、P四枚大 头针时，P3、24恰可挡住P、P2的像，则该玻璃砖的折射率 =图 4-2-12【解析】根据光路的可逆性和折射定律得=黑=i!Slll DU【答案】3