實(shí)驗(yàn)十五測(cè)定玻璃的折射率 第十四章機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光電磁波與相對(duì)論 內(nèi)容索引 過好雙基關(guān) 命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) 命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 1 過好雙基關(guān) 1 實(shí)驗(yàn)原理如圖所示 當(dāng)光線AO以一定的入射角 1穿過兩面平行的玻璃磚時(shí) 通過插針法找出跟入射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線O B 從而求出折射光線OO 和折射角 2 再根據(jù)n 或n 計(jì)算出玻璃的折射率 2 實(shí)驗(yàn)器材木板 白紙 大頭針 圖釘 量角器 三角板 鉛筆 3 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)O為入射點(diǎn) 作過O點(diǎn)的法線NN 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 使玻璃磚的一條長(zhǎng)邊與直線aa 對(duì)齊 并畫出另一條長(zhǎng)邊的對(duì)齊線bb 玻璃磚 5 眼睛在bb 的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個(gè)大頭針并調(diào)整視線方向 使P1的像被P2的像擋住 然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3 使P3擋住P1 P2的像 再插上P4 使P4擋住P3和P1 P2的像 6 移去玻璃磚 拔去大頭針 由大頭針P3 P4的針孔位置確定出射光線O B及出射點(diǎn)O 連接O O 得線段OO 7 用量角器測(cè)量入射角 1和折射角 2 并查出其正弦值sin 1和sin 2 8 改變?nèi)肷浣?重復(fù)實(shí)驗(yàn) 算出不同入射角時(shí)的 并取平均值 1 數(shù)據(jù)處理 1 計(jì)算法 用量角器測(cè)量入射角 1和折射角 2 并查出其正弦值sin 1和sin 2 算出不同入射角時(shí)的 并取平均值 2 作sin 1 sin 2圖象 改變不同的入射角 1 測(cè)出不同的折射角 2 作sin 1 sin 2的圖象 由n 可知圖象應(yīng)為直線 如圖所示 其斜率為 圖2 折射率 3 單位圓 法確定sin 1 sin 2 計(jì)算折射率n 以入射點(diǎn)O為圓心 以一定的長(zhǎng)度R為半徑畫圓 交入射光線OA于E點(diǎn) 交折射光線OO 于E 點(diǎn) 過E作NN 的垂線EH 過E 作NN 的垂線E H 如圖所示 OE OE R 只要用刻度尺量出EH E H 的長(zhǎng)度就可以求出n 2 注意事項(xiàng) 1 用手拿玻璃磚時(shí) 手只能接觸玻璃磚的毛面或棱 不能觸摸光潔的光學(xué)面 嚴(yán)禁把玻璃磚當(dāng)尺子畫玻璃磚的另一邊bb 2 實(shí)驗(yàn)過程中 玻璃磚在紙上的位置不可移動(dòng) 3 大頭針應(yīng)豎直地插在白紙上 且玻璃磚每?jī)擅洞箢^針P1與P2間 P3與P4間的距離應(yīng)大一點(diǎn) 以減小確定光路方向時(shí)造成的誤差 4 實(shí)驗(yàn)時(shí)入射角不宜過小 否則會(huì)使測(cè)量誤差過大 也不宜過大 否則在bb 一側(cè)將看不到P1 P2的像 2 命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) 如圖所示 某同學(xué)用插針法測(cè)定一半圓形玻璃磚的折射率 在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1 P2確定入射光線 并讓入射光線過圓心O 在玻璃磚 圖中實(shí)線部分 另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3 使P3擋住P1 P2的像 連接OP3 圖中MN為分界線 虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱 B C分別是入射光線 折射光線與圓的交點(diǎn) AB CD均垂直于法線并分別交法線于A D點(diǎn) 例1 1 設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1 AO的長(zhǎng)度為l2 CD的長(zhǎng)度為l3 DO為的長(zhǎng)度為l4 為較方便地表示出玻璃磚的折射率 需用刻度尺測(cè)量 則玻璃磚的折射率可表示為 答案 解析 l1和l3 2 該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度 由此測(cè)得玻璃磚的折射率將 選填 偏大 偏小 或 不變 答案 解析 當(dāng)玻璃磚順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度時(shí) 在處理數(shù)據(jù)時(shí) 認(rèn)為l1是不變的 即入射角不變 而l3減小 所以測(cè)量值n 將偏大 偏大 1 某同學(xué)利用 插針法 測(cè)定玻璃的折射率 所用的玻璃磚兩面平行 正確操作后 作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖所示 1 此玻璃的折射率計(jì)算式為n 用圖中的 1 2表示 2 如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇 為了減小誤差 應(yīng)選用寬度 填 大 或 小 的玻璃磚來測(cè)量 答案 解析 大 答案 2 在用插針法測(cè)定玻璃磚的折射率的實(shí)驗(yàn)中 甲 乙 丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa bb 與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖 和 所示 其中甲 丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚 乙同學(xué)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 1 甲同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比 填 偏大 偏小 或 不變 偏小 答案 解析 2 乙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比 填 偏大 偏小 或 不變 不變 答案 解析 3 丙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比 可能偏大 可能偏小 可能不變 答案 解析 3 命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 某同學(xué)測(cè)量玻璃磚的折射率 準(zhǔn)備了下列器材 激光筆 直尺 刻度尺 一面鍍有反射膜的平行玻璃磚 如圖所示 直尺與玻璃磚平行放置 激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點(diǎn)射向玻璃磚表面 在直尺上觀察到A B兩個(gè)光點(diǎn) 讀出OA間的距離為20 00cm AB間的距離為6 00cm 測(cè)得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1 10 00cm 玻璃磚厚度d2 4 00cm 玻璃的折射率n 光在玻璃中傳播速度v m s 光在真空中傳播速度c 3 0 108m s 結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字 例2 2 5 108 1 2 答案 解析 分析 作出光路圖如圖所示 根據(jù)幾何知識(shí)可得入射角i 45 折射角r 37 故折射率 3 某同學(xué)用半圓形玻璃磚測(cè)定玻璃的折射率 如圖所示 實(shí)驗(yàn)的主要過程如下 A 把白紙用圖釘釘在木板上 在白紙上作出直角坐標(biāo)系xOy 在白紙上畫一條線段AO表示入射光線 B 把半圓形玻璃磚M放在白紙上 使其底邊aa 與Ox軸重合 C 用一束平行于紙面的激光從y 0區(qū)域沿y軸負(fù)方向射向玻璃磚 并沿x軸方向調(diào)整玻璃磚的位置 使這束激光從玻璃磚底面射出后 仍沿y軸負(fù)方向傳播 D 在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1 P2 E 在坐標(biāo)系y 0的區(qū)域內(nèi)豎直地插上大頭針P3 并使得從P3一側(cè)向玻璃磚方向看去 P3能同時(shí)擋住P1和P2的像 F 移開玻璃磚 連接O P3 用圓規(guī)以O(shè)點(diǎn)為圓心畫一個(gè)圓 如圖中虛線所示 此圓與AO線交點(diǎn)為B 與OP3線的交點(diǎn)為C 確定出B點(diǎn)到x軸 y軸的距離分別為x1 y1 C點(diǎn)到x軸 y軸的距離分別為x2 y2 1 若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)沒有將玻璃磚的底邊aa 與Ox軸重合 而是向y 0方向側(cè)移了一些 這將導(dǎo)致所測(cè)的玻璃折射率與其真實(shí)值相比 選填 偏大 不變 或 偏小 偏大 答案 解析 2 若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)在y 0的區(qū)域內(nèi) 從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1 P2 為能透過玻璃磚看到P1 P2 應(yīng)采取的措施是 見解析 在y 0的區(qū)域內(nèi) 從任何角度都無法透過玻璃磚看到P1 P2 說明光線AO在界面aa 上發(fā)生了全反射 應(yīng)該減小光線AO的入射角 答案 解析 4 某同學(xué)用大頭針 三角板 量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率 開始玻璃磚的位置如圖中實(shí)線所示 使大頭針P1 P2與圓心O在同一直線上 該直線垂直于玻璃磚的直徑邊 然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng) 同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1 P2的像 且P2的像擋住P1的像 如此觀察 當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí) 上述現(xiàn)象恰好消失 此時(shí)只需測(cè)量出 即可計(jì)算出玻璃磚的折射率 請(qǐng)用你測(cè)量的量表示出折射率n 答案 玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度 解析 臨界角 5 小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)用刻度尺測(cè)半圓形玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn) 如圖所示 他進(jìn)行的主要步驟是 A 用刻度尺測(cè)玻璃磚的直徑AB的大小d B 先把白紙固定在木板上 將玻璃磚水平放置在白紙上 用筆描出玻璃磚的邊界 將玻璃磚移走 標(biāo)出玻璃磚的圓心O 直徑AB AB的法線OC C 將玻璃磚放回白紙的原處 長(zhǎng)直尺M(jìn)N緊靠A點(diǎn)并與直徑AB垂直放置 D 調(diào)節(jié)激光器 使PO光線從玻璃磚圓弧面沿半徑方向射向圓心O 并使長(zhǎng)直尺M(jìn)N的左右兩側(cè)均出現(xiàn)亮點(diǎn) 記下左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1 右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2 則 光路圖 1 小明利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算此玻璃磚折射率的表達(dá)式為n 答案 解析 設(shè)光線在AB面上的入射角為 折射角為 2 關(guān)于上述實(shí)驗(yàn) 以下說法正確的是 A 在 BOC的范圍內(nèi) 改變?nèi)肷涔饩€PO的入射角 直尺M(jìn)N上可能只出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)B 左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1一定小于右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2C 左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1一定大于右側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x2D 要使左側(cè)亮點(diǎn)到A點(diǎn)的距離x1增大 應(yīng)減小入射角 答案 解析 當(dāng)入射角大于等于發(fā)生全反射的臨界角時(shí) 只有反射沒有折射 則直尺M(jìn)N上只出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn) 故A正確 光從玻璃射入真空 折射角大于入射角 通過幾何關(guān)系知 x1 x2 故B正確 C錯(cuò)誤 減小入射角 則折射角減小 x1增大 故D正確