高考物理一轮复习第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论实验十六测定玻璃的折射率学案新人教版

这是一份高考物理一轮复习第十三章机械振动与机械波光电磁波与相对论实验十六测定玻璃的折射率学案新人教版，共4页。学案主要包含了实验目的，实验原理，注意事项等内容，欢迎下载使用。

测定玻璃的折射率。
二、实验原理
如图所示，用插针法找出入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出射点O′，画出折射光线OO′，然后测量出入射角θ1和折射角θ2，根据n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)计算玻璃的折射率。
三、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θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)。太大时反射光较强，出射光较弱；太小时入射角、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。
4．数据处理的三种方法
(1)单位圆法：以入射点O为圆心，以一定长度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 θ1＝eq \f(EH,OE)，sin θ2＝eq \f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，则n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)＝eq \f(EH,E′H′)。只要用刻度尺测出EH，E′H′的长度就可以求出n。
(2)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的eq \f(sin θ1,sin θ2)，并取平均值。
(3)图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1－sin θ2图像，由n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)可知图像为直线，如图所示，其斜率即为折射率。
核心考点·重点突破
HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO
考点一 教材原型实验
例1 (2023·北京十三中月考)某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，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aa′和bb′。O为直线AO与aa′的交点，在直线OA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BD。
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的像和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′。测量图甲中角α和β的大小，则玻璃的折射率n＝eq \f(sinβ,sinα)。
(3)该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。若其他操作正确，则折射率的测量值小于(填“大于”“小于”或“等于”)准确值。
[解析] (1)确定大头针P3的位置的方法是大头针P3能挡住P1、P2的像，则P3必定在出射光线方向上。确定大头针P4的位置的方法是大头针P4能挡住P1、P2的像和P3，故选B、D。
(2)测定玻璃折射率的原理是折射定律，则玻璃的折射率为n＝eq \f(sinβ,sinα)。
(3)作图时，玻璃砖应与所画的边界对齐。该同学的做法中，测量出的α角偏大，导致折射率的测量值偏小。
考点二 实验拓展创新
本实验的常见创新如下
例2 某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm。玻璃的折射率n＝1.2，光在玻璃中传播速度v＝2.5×108m/s(光在真空中传播速度c＝3.0×108 m/s，结果均保留两位有效数字)。
[解析] 作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i＝45°，设折射角为r，则tan r＝eq \f(3,4)，故折射率n＝eq \f(sin i,sin r)≈1.2，故v＝eq \f(c,n)＝2.5×108 m/s。
2年高考·1年模拟
2 NIAN GAO KAO 1 NIAN MO NI
(2023·天津卷9(2))某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。
①下列哪些措施能够提高实验准确程度AD。
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是D。
③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝eq \f(AC,BD)。(用图中线段的字母表示)
[解析] (1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故选项B、C错误。
(2)两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D。
(3)玻璃的折射率n＝eq \f(sin i,sin r)，又sin i＝eq \f(AC,R)，sin r＝eq \f(BD,R)，故n＝eq \f(AC,BD)。
实验设计
的创新
利用激光笔结合标尺分析光点的位置变化替代插针法
实验器材
的创新
由测液体的折射率替代测玻璃砖的折射率