1、【 精品教育资源文库 】 实验十五 测定玻璃的折射率 考纲要求 考情分析 命题趋势 测定玻璃的折射率 2015 北京卷，21(1) 高考主要侧重考查以下三个方面： 1.实验操作的规范性考查； 2.实验数据的记录和分析； 3.实验误差分析 知识梳理 夯实基础 一、实验目的 测定玻璃砖的折射率 二、实验原理 如图所示， abb a 为两面平行的玻璃砖，光线的入射角为 1，折射角为 2，根据 n sin 1sin 2可以计算出玻璃的折射率 三、实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板 、铅笔 四、实验步骤 1用图钉把白纸固定在木板上 2在白纸上画一条直线 aa ，并取 aa 上的
2、一点 O 为入射点，作过 O 的法线 NN 3画出线段 AO 作为入射光线，并在 AO 上插上 P1、 P2两根大头针 4在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一个长边与直线 aa 对齐，并画出另一条长边的对齐线 bb 5眼睛在 bb 的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使 P1的像被 P2的像挡住，然后在观察这一侧插上大头针 P3，使 P3挡住 P1、 P2的像，再插上 P4，使 P4挡住 P3和P1、 P2的像 6移去玻璃砖，拨去 大头针，由大头针 P3、 P4的针孔位置确定出射光线 O B 及出射点O ，连接 O、 O 得线段 OO 7用量角器测量入射角 1和折射角 2，并查出其正弦值
3、 sin 1和 sin 2 【 精品教育资源文库 】 8改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的 sin 1sin 2，并取平均值 五、数据处理 1计算法：用量角器测量入射角 1和折射角 2，算出不同入射角时的 sin 1sin 2，并取平均值 2图象法：改变不同的入射角 1，测出不同的折射角 2，作 sin 1 sin 2图象，由 n sin 1sin 2可知图象应为直线，如图所示，其斜率就是玻璃的折射率 3辅助线段法：利用直尺作辅助线，测出辅助线的长度大小，求玻璃的折射率 如图所示，作辅助线 AB ，且垂直于 OB ，量出 AB 、 OA ，作辅助线 CD ，且垂直于 OD ，量出 CD
4、 、 OC ，则 sin 1ABOA， sin 2CDOC，即可求出 n sin 1sin 2AB OCOA CD 4单位圆法：以入射点 O 为圆心，以适当长度 R 为半径画圆，交入射光线 OA 于 E 点，交折射光线 OO 于 E 点，过 E 作 NN 的垂线 EH，过 E 作 NN 的垂线 E H. 如图所示，sin 1 EHOE， sin 2 E HOE ， OE OE R，则 n sin 1sin 2 EHE H .只要用刻度尺量出EH、 E H 的长度就可以求出 n 六、误差分析 1入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些 2入射角和折射角的
5、测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差 【 精品教育资源文库 】 七、注意事项 1实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且 P1和 P2之间、 P3和 P4之间、 P2与 O、P3与 O 之间距离要稍大一些 2入射角 1不宜太大 (接近 90) ，也不宜太小 (接近 0) 太大：反射光较强，出射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大 3操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线 4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 核心考点 分层突破 考点 1 实验原理和操作
6、 例 1如图所示，用某种透光物质制成的直角三棱镜 ABC；在垂直于 AC 面的直线 MN 上插两枚大头针 P1、 P2，在 AB 面的左侧透过棱镜观察大头针 P1、 P2的像，调整视线方向，直到 P1的像 _让 P2的像挡住 _，再在观察的这一侧先后插上两枚大头针 P3、 P4，使 P3_挡住P1、 P2的像 _， P4_挡住 P3以及 P1、 P2的像 _.记下 P3、 P4的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、 P4的位置作直线与 AB 面相交于 D，量出该直线与 AB 面的夹角为 45. 则透光物质的折射率 n ！ 2 #，并在图中画出正确完整的光路图 解析 通过作图找出 BC 面上的反射
7、点和 AB 面上的出射点，则由几何知识可得各角的大小，如图所示，则 n sin 45sin 30 2，其实验原理与用两面平行的玻璃砖相同，故 P1的像让 P2的像挡住， P3挡住 P1、 P2的像， P4应挡住 P3以及 P1、 P2的像 考点 2 数据处理和误差分析 例 2某同学利用 “ 插针法 ” 测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示 【 精品教育资源文库 】 (1)此玻璃的折射率计算式为 n ！ cos 1cos 2#(用图中的 1、 2表示 )； (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减 小误差，应选用宽度 _大_(选
8、填 “ 大 ” 或 “ 小 ”) 的玻璃砖来测量 解析 (1)根据折射率公式可知 n sin?90 1?sin?90 2? cos 1cos 2 (2)在入射角相同的情况下，玻璃砖宽度越大，光线穿过时的侧移量就会越大，出射光线更容易找出，测量时误差越小 对应演练 迁移运用 1如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的 _光学 _面不能用手直接接触在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔 a、 b、 c 的位置相同 ，且插在 c 位置的针正好挡住插在 a、 b 位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为 d、 e 两点，如图乙所示计算折射率时，用 _d_(选填 “
9、d” 或 “ e”) 点得到的值较小，用 _e_(选填 “ d” 或 “ e”) 点得到的值误差较小 解析 光学面若被手接触污染，会影响观察效果，增加实验误差；分别连接 cd 和 ce并延长到界面，与界面分别交于 O1、 O2两点，由 n sin isin r不难得出用 d 点得到的折射率值较小，过 c 点的出射光线应平行于 ab，利用直尺比对并仔细观察，可知 ce ab，故用 e 点得到的折射率值误差较小 【 精品教育资源文库 】 2某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针 P1、 P2与圆心 O 在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的
10、直径边，然后使玻璃砖绕圆心 O 缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察 P1、 P2的像，且 P2的像挡住 P1 的像如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失此时只须测量出 _玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度 _，即可计算玻璃砖的折射率请用你测量的量表示出折射率 n ！ 1sin # 解析 光线指向圆心入射时不改变传播方向，恰好观察不到 P1、 P2的像时发生全反射，测出玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度 ，此时入射角 即为全反射临界角，由 sin 1n得 n 1sin 3用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针 P1、
11、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使 P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 P3和 P4，使 P3挡住 P1和 P2的像， P4挡住P3以及 P1和 P2的像，在 纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图所示 (O 为两弧圆心；图中已画出经过 P1、 P2点的入射光线 ) (1)在图上补画出所需的光路图 (2)为了测出玻璃砖的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的 AB 分界面上标出这两个角 (3)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图象，由图象知玻璃砖的折射率 n _1.5_ 解析 (1)P3、 P4的连
12、线与 CD 的交点即为光线从玻璃砖中射出的位置， P1、 P2的连线与AB 的交点即为光线进入玻璃砖中的光路，如 图所示 【 精品教育资源文库 】 (2)连接 O 点与光线在 AB 上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如上图中 i、 r 所示 (3)图象的斜率 k sin isin r，由图乙可知斜率为 1.5，即该玻璃砖的折射率为 1.5 4在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面 aa 、bb 与玻璃砖位置的关系分别如图 、 和 所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖他们的其他操作均正确，且均以 aa 、 bb 为界面画光路图，则 (1)甲同学测得的折射率与真实值相比 _偏小 _(选填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 不变 ”) (2)乙同学测得折射率与真实值相比 _不变 _(选填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 不变 ”) (3)丙同学测得的折射率与真实值相比 _可能偏大、可能偏小、可能不变 _ 解析 (1)用图 测定折射率时，会导致玻璃中折射光线偏折小了，所以折射角增大，折射率减小 (2)用图 测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关 (3)用图 测折射率时，因为界面 bb 部分在玻璃砖外侧，部分在内侧，故无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变
