《高中物理《實驗：測定玻璃的折射率》輔導講義（通用）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理《實驗：測定玻璃的折射率》輔導講義（通用）（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗：測定玻璃的折射率知識回顧——光的折射 1．折射現(xiàn)象：光從一種介質進入另一種介質，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象． 2．折射定律：折射光線、入射光線跟法線在同一平面內，折射光線、入射光線分居法線兩側，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．注意：在折射現(xiàn)象中光路是可逆的． 3．折射率：（1）光從真空射入某種介質時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質的折射率.折射率用n表示.即. （2）某種介質的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比.即：.由于v＜c，所以任何介質的折射率都大于1. 4.玻璃磚：所謂玻璃磚一般指橫截面為矩形的棱柱，當光線從上表面入

2、射，從下表面射出時，其特點是： ⑴射出光線和入射光線平行；⑵各種色光在第一次入射后就發(fā)生色散；⑶射出光線的側移和折射率、入射角、玻璃磚的厚度有關；⑷可利用玻璃磚測定玻璃的折射率。 實驗的基礎知識 圖1 【實驗目的】理解插針法測定玻璃折射率的原理；會用插針法測定玻璃的折射率。 【實驗原理】如圖1所示，用插針法找出與入射光線AO對應的出射光線O＇B，確定出O＇點，畫出折射光線O O＇，然后測量出角θ1和θ2。多測幾次實驗，根據(jù)n=計算出平均值，就是玻璃的折射率。 說明：采用“插針法”來測定玻璃的折射率，利用了折射率的定義式，插針的目的是為了找到入射光線和出射光線，從而可以確定玻璃內部的

3、折射光線，才能找到相應的入射角θ1和折射角θ2. 【實驗器材】 玻璃磚、白紙、大頭針、量角器、圓規(guī)、三角板、圖釘?shù)? 【實驗步驟】 1.用圖釘把白紙固定在木板上；2.在白紙上畫一條直線aa＇，并取aa＇上的一點O為入射點，做出過O的法線MN；3.畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針；4.在白紙上放上玻璃磚，使其中一個長邊與aa＇對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb＇；5.通過玻璃磚觀察并調整視線方向，使P1的像被P2擋住，然后在觀察一側插上大頭針P3，使P3擋住P2、P1的像，然后再插上大頭針P4，使其擋住P3和P2、P1的像；6.移去玻璃磚，拔掉大頭針，由P3

4、、P4的針孔位置確定出出射光線O＇B及O＇的位置，連接O、O＇得線段O O＇；7.用量角器量出入射角θ1和出射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2；8.改變入射角，重復實驗，算出不同入射角時的的值，并取平均值。 【注意事項】 1.玻璃磚宜選寬度大些好，實驗過程中玻璃磚與白紙的相對位置不能改變；2.大頭針應豎直插立，兩大頭針間距宜大；3.所選入射角不應過大，否則在另一側面看不清P1、P2的像，但也不要太小，否則誤差較大；4．在操作時，手盡量不要觸摸玻璃磚的光潔面，也不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。 【數(shù)據(jù)處理】 1.作圖法：為了減小誤差，可以用作圖法求出折射率，改變不同的入射角

5、θ1，測出不同的折射角θ2，以sinθ1為橫坐標，sinθ2為縱坐標，做出sinθ1―sinθ2圖象，由n=可知圖象應為直線，則直線的斜率就表示玻璃的折射率。 圖2 2.直尺圓規(guī)測量法： 所謂“直尺圓規(guī)測量法”，如右圖所示，以Ｏ點為圓心，以一定長R為半徑，畫一個圓交入射光線于E點，交折射光線O O＇于E＇，過E做NN＇的垂線EH，過E＇做NN＇的垂線E＇H＇，如右圖所示，sinθ1＝，sinθ2＝，OE＝OE＇＝R，則n=＝。只要用刻度尺測出EH、E＇H＇的長度就可以求出n。 【誤差分析】 1.誤差來源于實驗器材的選擇，選用玻璃磚寬度較小，小于5cm則測量誤差較大。2. 用鉛筆作光路圖

6、時，畫的線要細，以減小誤差。3. 若用刻度尺去測量長度時，盡量選用較精密的測量工具。4. 若用量角器去測量入射角和折射角時，視線要與刻度面垂直，使測量結果較準確，減小誤差。 例1 在“測定玻璃磚的折射率”的實驗中，有兩位同學各設計了一個記錄表格，而且都已完成了計算.根據(jù)他們設計的表格所反映的信息，判斷他們做的是否正確. 甲同學設計的表格是： 次數(shù) 入射角θ1 sinθ1 折射角θ2 sinθ2 n n 1 30° 0.500 20.9° 0.357 1.40 1.40 2 45° 0.707 30.5° 0.508 1.39 3 60° 0.8

7、66 38.0° 0.616 1.41 乙同學設計的表格是： 次數(shù) 1 2 3 角平均值 正弦值 n 入射角θ1 30° 45° 60° 45° 0.707 1.42 折射角θ2 20.9° 30.5° 38.0° 28.8° 0.497 圖3 （1）上述兩位同學做的正確的是______（選填“甲”或“乙”）. （2）根據(jù)你的選擇，請利用恰當?shù)膱D象求出玻璃的折射率。 解析：（1）為減小測量誤差，應采用多次測量求平均值的辦法，但求平均值不是求入射角和折射角的平均值，而應是測出每一次的入射角、折射角，計算出每一次測量的折射率，然后再求平均值

8、，因此甲同學的表格設計是合理的。 圖4 （2）以sinθ2為橫坐標，以sinθ1為縱坐標，建立sinθ2—sinθ1坐標系，利用表中的數(shù)據(jù)做出圖象，如圖3所示，由圖象斜率的物理意義可得：n=k= sinθ1/ sinθ2.在圖象上取兩個距離較遠的點，如（0.357，0.500）和（0.616，0.866）代入上式，可解得：n=1.40。 例2 在做“測定玻璃磚折射率”的實驗時，乙同學為了避免筆尖接觸玻璃面，畫出的a′b′和c′d′都比實際側面向外側平移了一些，如圖4所示，以后的操作都正確，畫光路圖時，將入射點和折射點確定在a′b′和c′d′上，則測出的折射率將_____________

9、_； 圖5 解析：根據(jù)題中的情況，做出相應光路圖，如圖5所示，從圖中可看出在該同學的操作下，使入射點O1向左平移，折射點O2將向右移，所畫出的折射角r′比實際折射角r偏大，而入射角又不變，由知，測得的折射角將偏?。? 方法技巧：本實驗中，所畫界面寬度只要小于玻璃磚寬度，測定折射率就偏大；反之就小。可簡記為“小大大小”。 甲 　例3 在“測定玻璃磚的折射率”的實驗中，對一塊兩面平行的玻璃磚用“插針法”找出入射光線對應的折射光線，現(xiàn)在有甲、乙、丙、丁四位同學分別作出如下圖6所示的四組插針結果. 圖7 圖6 （1）從圖7中看肯定把針插錯的同

10、學是：_____________； （2）從圖中看，測量結果準確度較高的是：____________． 解析：分別連接確定入射光線和折射光線的兩點，并延長與玻璃磚上下界面分別交于O、O′，連接OO′后，可以確定入射光線和折射光線以及入射角i和折射角r，根據(jù)i>r，r′

11、驗拓展與探究 【拓展一】 如圖1所示，是利用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗得到的光路圖。玻璃磚的入射面AB和射出面CD并不平行，則： （1）出射光線與入射光線還平行嗎？ （2）以入射點O為圓心，以R=5cm長度為半徑畫圓，與入射光線PO交于M點，與折射光線OO，的延長線交于F點，過M、F點分別向法以線作垂線，測得，，該玻璃磚的折射率n是多少？ 探究：（1）由于入射面AB和射出面CD并不平行，使得兩法線不平行，所以出射光線與入射光線不再平行。 （2）因為sin∠MON=，sin∠EOF=，根據(jù)n====1.5。 圖2 【拓展二】一塊玻璃磚有兩個相互平行的表面，其中一個表面是鍍銀的（

12、光線不能通過此表面）?，F(xiàn)要測定此玻璃的折射率。給定的器材還有：白紙、鋼筆、大頭針4枚（P1、P2、P3、P4）、帶有刻度的直角三角板、量角器。實驗時，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個相互平行的表面與紙面垂直。在紙上畫出直線aa，和bb，，aa，表示鍍銀的玻璃表面，bb，表示另一表面，然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，如圖2所示，用P1、P2的連線表示入射光線。 （1）為了測量折射率，應如何正確用大頭針P3、P4？試在題圖中標出P3、P4的位置。 （2）然后，移去玻璃磚與大頭針。試在題圖中通過作圖的方法標出光線從空氣到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2。簡要寫出作圖步驟。 圖3 （

13、3）寫出用θ1、θ2表示的折射率公式為n= 。 探究：（1）在bb，一側觀察P1、P2（由P1、P2發(fā)出的光經bb，折射，再經aa，反射，最后經bb，折射后射出）的像，在適當?shù)奈恢貌迳螾3，使得P3擋住P1、P2的像（在一條直線上）；再插上P4，讓它擋住P2（或P1）的像和P3。如圖3所示。 （2）①過P1、P2作直線與bb，交于O；②過P3、P4作直線與bb，交于O，；③利用刻度尺找到OO，的中點M；④過O點作bb，的垂線CD，過M點作bb，的垂線與aa，相交于N，連結ON；⑤∠P1OD=θ1，∠CON=θ2。 （3）n=sinθ1/sinθ2。 圖4 【拓展三】

14、在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學在紙上畫出的界面aa，、bb，與玻璃磚位置的關系分別如圖4中①②③所示，其中甲、丙兩同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚，他們的其他操作均正確，且均以aa，、bb，為界面畫光路圖，則這三位同學測得的折射率與真實值相比分別有何變化？ a a， b， b o o θ2 θ1 圖5 探究：甲同學測得的折射率與真實值相比偏小。由于所畫玻璃磚的寬度比實際寬度大，測量的O，點比實際的O，向右移，使所畫的折射角θ2比實際的偏大，如圖5所示，由于入射角不變，根據(jù)n=可知測得折射率偏小。 乙同學測得的折射率與真實值相比不變；由于

15、入射面aa，和射出面bb，不平行，使的上、下面兩法線不平行，所以出射光線與入射光線不再平行，但不影響折射點O，，所以所畫的折射角θ2與實際的相同。 丙同學測得的折射率與真實值相比可能偏大、可能偏小、可能不變。原因是當過P3、P4作直線與畫出的界面bb，交于O，；若O，恰好落在畫出的界面bb，和玻璃磚下表面的交點上，測得的折射率與真實值相比不變；若O，落在畫出的界面bb，和玻璃磚下表面交點的左側（折射角偏大），測得的折射率與真實值相比偏小；若O，落在畫出的界面bb，和玻璃磚下表面交點的右側（折射角偏?。?，測得的折射率與真實值相比偏大。 圖6 友情提醒：對于測定玻璃折射率實驗中，所測得的折射

16、率是變大還是變小，關鍵是根據(jù)折射率: 去進行判斷，看入射角的正弦值、折射角的正弦值的變化來確定折射率的變化，找出誤差的來源，分析誤差變化。 【拓展四】在做“測定玻璃磚折射率”的實驗時，丙同學在操作和作圖時均無失誤，但是所用玻璃磚的兩個表面明顯不平行，如圖6所示，則測出的折射率將_____________． 探究：同本實驗的操作過程一樣，根據(jù)入射光線和出射光線確定玻璃內的折射光線，從而確定折射角和出射角，只要第二個界面不發(fā)生全反射就行了．不過，入射光線和出射光線不平行，如題圖所示．所以所用玻璃磚的兩個表面明顯不平行時，測量結果是不會有影響的。 圖7 【拓展五】能否利用全反射現(xiàn)象測定平

17、行板玻璃磚的折射率？ 探究：光全反射要滿足兩個條件：光從光密介質進入光疏介質，入射角大于臨界角。對平行板玻璃磚，當光從玻璃射入空氣才有可能發(fā)生全反射，但入射角r′等于r，如圖7所示，而r為第一次折射時的折射角，因為i<900，所以據(jù)光路可逆iˊ=i<900，在玻璃磚下表面處不會發(fā)生全反射，所以在測定平行板玻璃磚的折射率時不能利用光的全反射原理來測定它的折射率。 測定玻璃折射率的其他方法 一、測定球形玻璃的折射率 圖1 例1 某同學在測定一厚度均勻的圓形玻璃的折射率時，先在白紙上作一與圓形玻璃同半徑的圓，圓心為O，將圓形玻璃平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合，在玻璃的一側豎直插兩枚

18、大頭針P1和P2，在另一側再先后插兩枚大頭針P3和P4，使從另一側隔著玻璃觀察時，大頭針P4、P3和P2、P1的像恰好在一條直線上，移去玻璃和大頭針后得到圖3所示的光路圖，請在圖中畫出： 圖2 （1）沿P1、P2連線方向的入射光線通過圓形玻璃后的傳播方向； （2）光線在玻璃內的傳播方向； （3）在光線的入射點作法線，標出入射角i和折射角γ； （4）寫出計算玻璃折射率的公式(不必計算). 解析：（1）、（2）、（3）問的答案如圖2所示。 （4）計算玻璃折射率的公式為： 二、如何測定玻璃三棱鏡的折射率 圖3 對于玻璃三棱鏡折射率的測定，其方法與球形玻璃折射率的測定方法是一樣的：在玻璃的一側豎直插兩枚大頭針P1和P2，在另一側再先后插兩枚大頭針P3和P4，使從另一側隔著玻璃觀察時，大頭針P4、P3和P2、P1的像恰好在一條直線上，移去玻璃和大頭針后得到圖3所示的光路圖，可以按光路圖確定入射光線AO，出射光線O′B，則OO′為折射光線用量角器量出i、γ，即可求出折射率 方法技巧：解決這類問題的基本思路和方法是：仔細閱讀題目，理解題意，在了解所介紹的實驗儀器的基本原理、使用方法的基礎上，運用以前所學過的知識、使用過的儀器和做過實驗的方法，進行情景遷移、聯(lián)想類比，就可解決問題。