【学霸笔记：同步精讲】20 第四章 第二节 测定介质的折射率 讲义--高中粤教版物理选择性必修第一册

第二节　测定介质的折射率 [实验目标]　1．会测量玻璃等材料的折射率，通过实验体会光线模型的建构过程．2．知道测量玻璃的折射率的原理、方法和步骤．3．学会用插针法确定光路，并能用不同方法计算玻璃的折射率． 一、实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，用量角器测出入射角i和折射角γ，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝． 二、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、圆规、刻度尺、铅笔． 三、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P·3挡住P·1、P·2的像，P·4挡住P·3及P·1、P·2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； (6)连接OO′，入射角i＝∠AON，折射角γ＝∠O′ON′，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)用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中． 四、数据处理 方法一：平均值法． 求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率． 方法二：图像法． 求出表格中对应的入射角和折射角的正弦值，以sin γ值为横坐标、以sin i值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线． 求解图线斜率k，则k＝＝n，故玻璃砖折射率n＝k． 方法三：单位圆法． 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OE(或OE的延长线)交于D点，过C、D两点分别向N′N作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示． 由于sin i＝，sin γ＝，而CO＝DO， 所以折射率n＝＝． 五、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，以减小测量角度时的误差，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． 六、实验误差 (1)入射光线和出射光线画得不够精确．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． 【典例1】　在“测定玻璃的折射率”的实验中，如图甲所示，某同学先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面所在直线aa′和bb′(图中并未直接画出具体位置)．O为直线AO与aa′的交点，在直线AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针． (1)该同学接下来要完成的必要步骤有_____． A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像 B．插上大头针P3，使P3挡住P1和P2的像 C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3 D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像 (2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′．测量图中角α和β的大小．则玻璃砖的折射率n＝_____． (3)实验时，该同学为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面， ... ...