13實驗十三 測定玻璃的折射率

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1、實驗十三 測定玻璃的折射率 一：實驗原理 如圖所示，要確定通過玻璃的折射光線，是通過插針法找出跟入射光線OA對應的出射光線O′B，就能求出折射光線OO′和折射角r.再根據(jù)折射定律就可計算出玻璃的折射率。 二：實驗步驟 1.把白紙用圖釘釘在木板上. 2.在白紙上畫一條直線aa′作為界面，畫一條線段AO作為入射光線， 并過O點畫出界面aa′的法線NN′. 3.把長方形的玻璃磚放在白紙上，使它的一個長邊跟aa′對齊，并畫出玻璃磚的另一個長邊bb′. 4.在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2. 5.在玻璃磚的bb′一側(cè)豎直地插上大頭針P3時，用眼睛觀察調(diào)整視線要使P3能同時擋住

2、P1和P2的像. 6.同樣地在玻璃磚的bb′一側(cè)再豎直地插上大頭針P4時，使P4能擋住P3本身和P1、P2的像. 7.記下P3，P4的位置，移去玻璃磚和大頭針，過P3、P4引直線O′B與bb′交于O′點，連結(jié)OO′， OO′就是玻璃磚內(nèi)的折射光線的方向.入射角i=∠AON，折射角r=∠O′ON′. 8.用量角器量出入射角i和折射角r的度數(shù) 9.從三角函數(shù)表中查出入射角和折射角的正弦值，記入自己設計的表格里. 10.用上面的方法分別求出入射角是15°、30°、45°、60°和75°時的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把這些數(shù)據(jù)也記在表格里. 11.算出不同入射角時的值.比較一下

3、，看它們是否接近一個常數(shù)，求出幾次實驗中測的的平均值，就是玻璃的折射率. 三：數(shù)據(jù)處理：此實驗是通過測量入射角和折射角,然后查數(shù)學用表,找出入射角和折射角的正弦值,再代入n=，求出玻璃的折射率.除運用此法之外,還可運用以下處理數(shù)據(jù)的方法. 1.平均值法:在找到入射光線和折射光線以后,以入射點O為圓點,以任意長為半徑 畫圖,分別與AO交于C點,與OO′(或OO′的延長線)交于D點,過C,D兩點分別向NN′作垂線,交NN′于C′,D′,用直尺量出CC′和DD′的長,如圖所示, 由于sinα=,sinβ=,而CO=DO,所以折射率n= =. 重復以上實驗

4、,求得各次折射率計算值,然后求出平均值即為玻璃磚折射率的測量值. 2.圖象法:根據(jù)折射定律可得:n=. 因此有：sinθ2=sinθ1. 可利用sinθ2-sinθ1圖象處理數(shù)據(jù)： 如圖所示，可得到一條過原點的直線，求解圖線的斜率， 設斜率為k,則k=，故玻璃的折射率n=. 四：誤差分析 實驗誤差的來源：1.插針時P3、P4位置不準確，造成光路確定不準確. 2.在確定bb′時，玻璃磚發(fā)生移動. 3.測入射角、折射角時存在偶然誤差.為了盡量減小實驗誤差，在插針時透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向，直到P2擋住P1的像.再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3

5、擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置. 例1：某同學由于沒有量角器，在完成了光路圖以后，以O點為圓心， 10.00cm長為半徑畫圓，分別交線段OA于A點，交O和O′連線延長線于C點.過A點作法線NN′的垂線AB交NN′于B點，過C點作法線NN′的垂線CD交NN′于D點，如圖所示.用刻度尺量得OB=8.00cm,CD=4.00cm.由此可得出玻璃的折射率n=________________. 例2：在利用插針法測定玻璃折射率的實驗中： 1.甲同學在紙上確定玻璃磚的另一個界面bb′時，不自覺地碰

6、了玻璃磚使它向aa′方向平移了少許，如圖（甲）所示.則他測出的折射率值將___________（選填“偏大”“偏小”或“不變”）； 2.乙同學在畫界面時，不自覺地將兩界面aa′,bb′間距離畫得比玻璃磚寬度大些，如圖（乙）所示.則他測得的折射率___________（選填“偏大”“偏小”或“不變”）. 例3：（2011年通州一模）1.如圖所示，游標卡尺的讀數(shù)是_______mm；螺旋測微器的讀數(shù)是_______mm． 0 1 2cm 0 10 20 P M N A

7、B C D o Q E F O’ 2.（1）右圖是利用插針法測定玻璃磚ABCD折射 率的實驗得到的光路圖，玻璃磚的入射面AB和 出射面DC并不平行，則①出射光線O’Q與入射 光線PO_______。（填“平行”或“不平行”） （2）以入射點O為圓心，以一定長度為半徑畫圓， 與入射光線PO交于M點，與折射光線 OO’的延 長線交于 F點，過 M 、F點分別向法線作垂線， 得到垂足 N、E兩點，測得MN=1.68cm；EF=1.12cm， 則該玻璃磚的折射率n＝_______。 例4:在利用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中： ⑴甲同學在紙上正確畫出玻璃磚

8、的兩個界面aa/和bb/后，不自覺地碰了玻 璃磚使它向aa/方向平移了少許，如右圖(甲)所示．則他測出的折射率值 將 (選填“偏大”、“偏小”或“不變”). ⑵乙同學在畫界面時，不自覺地將兩界面aa/、bb/間距畫得比玻璃磚寬度大些，如右圖(乙)所示，則他測得的折射率 (選填“偏大”、“偏小”或“不變”)． 例5：在做“測定玻璃的折射率”的實驗時，某同學為了避免筆尖接觸玻璃磚表面，畫出的兩條直線a′b′和c′d′都比玻璃磚的實驗側(cè)面向外平移了一些（如圖所示），其他操作都正確，畫出光路圖時他也以a′b′和c′d′直線為標準找出兩個交點O、O′，連成折射

9、光線OO′以后再進行測量和計算，他測出的玻璃折射率n值將_____________. 例6:(08年豐臺二模)如右圖所示，ABCD是透明玻璃磚，AB面和CD面平行，它們分別是玻 璃和空氣的界面，設為界面Ⅰ和界面Ⅱ，光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再從界面Ⅱ射出，回 到空氣中，如果改變光到達界面Ⅰ的入射角，則以下說法正確的是 。（填選項代號） Ⅱ A．只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 B．只要入射角足夠大，光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 C．無論入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 D．無論入射角多大，光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)

10、象 例7:（09年昌平二模）在“測定玻璃的折射率”的實驗中，選用的是入射面和出射面相互 平行的矩形玻璃磚，用“插針法”測定某種玻璃的折射率。實驗步驟如下： a.將木板水平放置，把一張白紙用圖釘固定在木板上； b.在白紙上畫出一條直線aa’作為入射界面,過aa’上的點O畫出界面的法線NN’,并畫一條線段AO作為入射光線; c.把矩形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa’對齊，畫出玻璃磚的另一邊bb’； d.在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向，直到P2檔住P1的像。再在

11、觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，　　　　　　____________________________　，記下P3、P4的位置。 e.移去大頭針和玻璃磚，做出出射光線，標出入射角α、折射角β。 (1)請將步驟d補充完整。 (2)小明同學按上述步驟進行了實驗,記錄下5組數(shù)據(jù)，并計算出不同入射角時玻璃的折射率，如下表所示。 組別 項目 第1組 第2組 第3組 第4組 第5組 入射角α 25o 35o 45o 50o 75o 折射角β 16o 22.5o 28o 32o 42o sinα 0.423 0.574 0.707 0.7

12、66 0.966 sin β 0.276 0.383 0.469 0.530 0.669 折射率n 1.533 1.499 1.506 1.446 1.443 但其中有一組數(shù)據(jù)是不真實的,李老師給出了該玻璃磚的折射率為n=1.521, arcsin=0.717（弧度）=41.081o.根據(jù)老師給出的數(shù)據(jù)可以判斷， 小明同學記錄的數(shù)據(jù)中，不真實的是第_______組。 (3)趙亮同學在找到入射光線和折射光線以后，以入射點O為圓心，以任意長為半 徑畫圓，分別與AO交于C點，與OOˊ交于D點，過C、D兩點分別向NNˊ作垂線，交NNˊ于Cˊ、Dˊ， 所以折射率n= 。（用圖示中的線段表示） 例8:某同學做測定玻璃折射率實驗時,用他測得的多組入射角θ1 與折射角θ2作 出sinθ1-sinθ2圖象如圖所示.下列判斷中哪些是正確的 ( )(多選) A．他做實驗時，研究的是光線從空氣射入玻璃的折射現(xiàn)象 B．玻璃的折射率為0.67 C．玻璃臨界角的正弦值為0.67 D．玻璃的折射率為1.5