1、选修 3-4 第十三章 光学第三讲 实验：测定玻璃的折射率考点知识诊断 热点题型探究 难点能力突破 课后作业 考点知识诊断知识清单一、实验目的 掌握测定折射率的方法，会测定玻璃的折射率二、实验原理如下图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线OB，确定出O点，画出折射光线OO，量出入射角i和折射角r，据nsinisinr计算出玻璃的折射率三、实验器材白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖四、基本操作1在平板上铺白纸并用图钉固定按上图那样，在白纸上画一直线 aa作为界面，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
2、射光线2把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一边跟 aa重合，再画出玻璃砖的另一边 bb.3在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、P2，并使它们距离远一些，P2 距玻璃砖近一些4透过玻璃砖观察大头针 P1、P2 的像，调整视线的方向直到 P1 的像被 P2 的像挡住为止，再在观察这一侧插上两枚大头针 P3、P4，使 P3 挡住 P1、P2 的像，P4挡住 P1、P2的像及 P3 本身，同时注意使 P3 距玻璃砖近些，P4 距 P3 远些5移去玻璃砖，在拔掉 P1、P2、P3、P4 的同时分别记录它们的位置，过 P3、P4 作直线 OB 交 bb于 O，连接OO，OO就是折射光线的方向AON
3、为入射角，OON为折射角6用量角器量出入射角和折射角的度数，查出它们的正弦值，并把这些数据填入表格里7用上述方法分别求出入射角是 15、30、45、60、75时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，记入表格里8算出不同入射角时sinisinr的值，求出几次实验中sinisinr的平均值就是玻璃的折射率考点诊断1.一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b.已知a光的频率小于b光的频率下列哪个光路(如图)可能是正确的()解析 任何光线透过平行玻璃砖后，透射光线都要与原光线方向平行知 C、D 选项错误；又因为 a 的频率小于 b 的频率，可知 a 的折射率小于 b 的折射率
4、，a 的折射角大于 b的折射角，所以 A 选项错，B 选项对答案 B2在用插针法测定玻璃的折射率的实验中，某同学操作步骤如下：将记录光路的白纸铺放在平板上；手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上；用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa和 bb；在 aa上选择一点 O，作为不同入射角的入射光线的共同入射点，画出入射角 1 分别为 0、30、45的入射光线；用“插针法”分别得到各条入射光线的出射光线，观察时着重看大头针针帽是否在一条直线上，取下玻璃砖、大头针，连接各针孔，发现所画折射光线中有两条相交，量出各个折射角 2；按公式分别计算sin1sin2，取三个值的算术平均值(1)以上步骤中有错误或不妥之处的是
5、：_.(2)应改正为：_.解析(1)错误或不妥之处是.(2)中应先画出一条直线，把玻璃砖的一边与其重合，再使直尺与玻璃砖的界面对齐，移开玻璃砖后再画边界线；中入射角要取 0以外的三组数据；中大头针要竖直插牢，观察时看针脚是否在同一条直线上答案(1)(2)见解析3(2011高考命题专家原创)如图所示是一透明的圆柱体，其半径为 R.现要测其折射率，某同学利用玩具激光器等器材，仅用量角器测量入射角，就计算出了它的折射率他的主要实验步骤如下，请将操作步骤 C 补充完整，并在图中作出光路图，写出折射率的表达式A用圆规在白纸上画半径为 R 的圆，并画出一条直径AB；B透明的圆柱体放在白纸上，使其边缘与半径
6、为 R 的圆重合；C让激光束平行 AB 射向圆柱体，调整入射光线的入射点，使_；D记下入射点，画出入射角；E用量角器测量入射角，则折射率的表达式为_解析 测折射率的关键是定点，以确定折射光线测量折射角该同学没有定点，说明折射光线过B点，且折射角与入射角有定量关系设光线P经透明的圆柱体折射后经过B点，光路图如图所示答案 光路图见解析 折射光线过B点 nsinsin2由几何关系知：2，由折射率的定义式得nsinsin2.4用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O 为玻璃砖截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖的平面垂直，如图所示的四个图中 P1、P2、P3 和 P4 是四个学生实验插针的结果(1)在这
7、四个图中肯定把针插错了的是_(2)在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是_，计算玻璃的折射率的公式是_解析(1)垂直射入半圆柱玻璃砖平面的光线，经玻璃砖折射后，折射光线不能与入射光线平行(过圆心的光线除外)，A 错(2)测量较准确的是图 D，因 B 图的入射光线经过圆心，出射光线没有发生折射，C 图的入射光线离圆心太近，射到圆界面上时，入射角太小不易测量，会产生较大的误差测量出入射角 i 与折射角 r 后，由折射定律求出折射率 nsinisinr.答案(1)A(2)D nsinisinr热点题型探究题型归纳题型一实验原理的理解【例 1】某同学用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱
8、镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针 P1、P2，然后在棱镜的另一侧观察，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、P4，使 P3 挡住P1、P2 的像，P4 挡住 P3 本身及 P1、P2 的像，在纸上标出大头针的位置和三棱镜轮廓，如下图所示(1)在本题的图上画出所需的光路(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_，在图上标出它们(3)计算折射率的公式是 n_.解析(1)如图所示，画出通过 P1、P2 的入射光线，交AC 面于 O，画出通过 P3、P4 的出射光线，交 AB 面于 O，则光线 OO就是入射光线 P1P2 在三棱镜中的折射光线(2)根据折射
9、率定义 nsin1sin2，故应测量入射角 1 和折射角 2.或者在入射光线和折射光线的延长线上找两点 E 和 G，过 E 和 G 分别作法线的垂线 EF、GH，如图所示，sin1EFOE，sin2GHOG.故需要测量 EF、OE、GH、OG 的长度(3)nsin1sin2或因为 sin1EFOE，sin2GHOG，则 nEFOEGHOGEFOGOEGH.答案 见解析题型二实验误差的分析【例 2】在做测定玻璃折射率的实验时，(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面 ab 和 cd 后不慎碰到玻璃砖使它向 ab 方向平移了一些，如图所示，以后的操作都正确，则测出的 n 值将_(2)乙同学为了避
10、免笔尖接触玻璃面，画出的 ab和cd都比实际侧面向外侧平移了一些，如图所示，以后的操作均正确则测出的 n 值将_(填“偏大”、“偏小”或“不变”)解析(1)不变此时玻璃砖的平移对测量的入射角和折射角没有影响，由下图可以看出测量值等于真实值(2)偏小由图可看出，使入射点 O 向左移，折射点向右移，所画的折射角比实际折射角偏大，而入射角是正确的由nsin1sin2知，测得的折射率偏小答案(1)不变(2)偏小难点能力突破难点突破一、数据处理数据处理的另一种方法：如图所示，以 O1 为圆心以任意长为半径(半径要尽可能长些约 10cm)画圆交入射光线 AO1 于M 点、交折射光线 O1O 于 P 点，过
11、 M、P 作 NN的垂线 MK、PQ，则 nMKPQ，用刻度尺测出 MK、QP 的长度，即可求出折射率 n.二、误差分析误差的主要来源：(1)确定入射光线、出射光线时的误差故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点；(2)测量入射角与折射角时的误差故入射角不宜过小，但入射角也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱三、注意事项(1)玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面；(2)入射角应在 30到 60之间；(3)大头针要竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针 P1 与 P2 间、P3 与 P4 间的距离应尽量大一些，以减小确定光路方向时造成的误差；(4)玻璃
12、砖的折射面要画准；(5)由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号以免混乱.高考能力考向测定玻璃的折射率(2011天津)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下图中实线所示，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_，即可计算出玻璃砖的折射率请用你的测量量表示出折射率 n_.解析 本题考查实验测定玻璃的折射率，意在考查考生应用光的全反射测定玻璃折射率的实验技能“P2 挡住 P1 的像的出现恰好消失”意味着刚好发生全反射现象，此时玻璃砖内光线的入射角恰好等于临界角 C，玻璃砖转过，入射光路的法线也转过同样的角度，入射角 C.根据 n 1sinC，得n 1sin.答案 玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度 1sin课后作业