第2节 实验:测定玻璃的折射率 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1.测量玻璃的折射率。 2.掌握测量玻璃的折射率的方法。 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i和折射角r,根据折射定律计算出玻璃的折射率n=。 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。 实验步骤 1.将白纸用图钉钉在平木板上。 2.如图所示,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,用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动,将玻璃砖取下,画出玻璃砖的另一边bb'。 4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,放回玻璃砖,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O'B与bb'交于O',直线O'B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向,连接OO',线段OO'代表了光线在玻璃砖内的传播路径。 数据处理 处理方式一:用量角器量出入射角i和折射角r,从三角函数表中查出它们的正弦值,算出不同入射角时的,最后求出在几次实验中所测的平均值,即为玻璃砖的折射率。 处理方式二: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 i=,sin r=, 而CO=DO,所以折射率n==。 处理方式三:改变不同的入射角i,测出不同的折射角r,作sin i sin r图像,由n=可知图像应为直线,如图乙所示,其斜率为折射率。 误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差 入射、折射光线画不精确 两大头针间距适当大些 入射角、折射角测不准 入射角适当大些 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i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。 二、他版教材实验方案 (一)鲁科版教材实验方案 [差异解读] (1)用水代替玻璃。 (2)用激光发出的光代替插针法对光线的确定 (二)粤教版教材实验方案 [差异解读] (1)用半圆形玻璃砖代替平行玻璃砖。 (2)用激光发出的光代替插针法对光线进行确定。 (3)用带角度的背景板取代量角器。 命题视角一 实验原理与操作 [典例1] (2025·四川绵阳期中)如图甲所示,在做“测量玻璃的折射率”实验时,先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖,描出玻璃砖的两个边MN和PQ,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,再插上大头针P3、P4,然后作出光路图,根据光路图计算得出玻璃的折射率。 (1)关于此实验,下列说法中正确的是 。 A.大头针P4须挡住P3及P1、P2的像 B.入射角越大,折射率的测量越准确 C.利用量角器量出i1、i2,可求出玻璃砖的折射率n= D.如果误将玻璃砖的边PQ画到P'Q',折射率的测量值将偏大 (2)如图乙所示,某同学按照如下方法处理数据:以O点为圆心、R为半径作圆,与折射光的交点为B,过B点向两介质的交界面作垂线,垂足为N,AO的延长线交BN于M,记OM=r。再以O点为圆心、r为半径作圆。可知该玻璃的折射率的测量值n= 。(用r、R表示) 听课记录: 命题视角 ... ...
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