高中物理 模塊要點(diǎn)回眸 第10點(diǎn) 測(cè)折射率實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新素材 教科版選修3-4（通用）

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1、第10點(diǎn)　測(cè)折射率實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新 1．形狀各異的玻璃磚 實(shí)驗(yàn)中，如果沒(méi)有兩面平行的玻璃磚，也可采用三棱鏡、半圓形玻璃磚等進(jìn)行測(cè)量，只要利用“插針?lè)ā倍ǔ鋈肷涔饩€和出射光線，其與界面的交點(diǎn)就是入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)就能作出折射光線，一樣可以測(cè)出折射率．光路圖如圖1所示． 圖1 2．巧妙的數(shù)據(jù)處理 圖2 (1)如果沒(méi)有量角器，在完成光路后，可利用數(shù)學(xué)方法來(lái)計(jì)算其折射率，做法如圖2所示：以O(shè)點(diǎn)為圓心，任意長(zhǎng)為半徑畫(huà)圓，分別交線段OA于A點(diǎn)，交OO′連線的延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過(guò)A點(diǎn)作法線NN′的垂線AB交NN′于B點(diǎn)，過(guò)C點(diǎn)作法線NN′的垂線CD交NN′于D點(diǎn)，用刻度尺量

2、得AB、CD，由此可得出玻璃的折射率n＝＝. 如果沒(méi)有圓規(guī)，只有刻度尺，也可以直接取線段OA和OC相等，再作AB⊥NN′，CD⊥NN′，用刻度尺量得AB和CD即可． 顯然，以邊長(zhǎng)替代入射角、折射角的正弦值既方便又準(zhǔn)確． (2)根據(jù)折射定律可得n＝，因此有sin θ2＝sin θ1. 在多次改變?nèi)肷浣恰y(cè)量相對(duì)應(yīng)的入射角和折射角正弦值的基礎(chǔ)上，以sin θ1值為橫坐標(biāo)、以sin θ2值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如圖3所示．描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得到一條過(guò)原點(diǎn)的直線． 圖3 求解圖線的斜率，設(shè)斜率為k，則k＝，故玻璃磚的折射率n＝. 對(duì)點(diǎn)例題　用“插針?lè)ā睖y(cè)定透明半圓柱形玻璃

3、磚的折射率，O為玻璃磚截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚的平面垂直，如圖4所示的四幅圖中P1、P2、P3和P4是四個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)插針的結(jié)果． 圖4 (1)在這四幅圖中肯定把針插錯(cuò)了的是________． (2)在這四幅圖中可以比較準(zhǔn)確地測(cè)出折射率的是________． 解題指導(dǎo)　將P1P2看作入射光線，P3P4看作出射光線，由題干知，入射光線與界面垂直，進(jìn)入玻璃磚后，傳播方向不變，由作出的光路圖可知A、C錯(cuò)誤；而B(niǎo)中光路雖然正確，但入射角和折射角均為零，測(cè)不出折射率，只有D能比較準(zhǔn)確地測(cè)出折射率． 答案　(1)AC　(2)D 方法探究　教材上是用長(zhǎng)方形玻璃磚做實(shí)驗(yàn)的，但并不

4、是說(shuō)只能用長(zhǎng)方形玻璃磚來(lái)做此實(shí)驗(yàn)，其實(shí)用截面為梯形、三角形、半圓形等形狀的玻璃磚都可以，只要能確定出折射光線的光路即可． 如圖5所示，某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定一半圓形玻璃磚的折射率．在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過(guò)圓心O，在玻璃磚(圖中實(shí)線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3.圖中MN為分界面，虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn)，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)． 圖5 (1)設(shè)AB的長(zhǎng)度為l1，AO的長(zhǎng)度為l2，CD的長(zhǎng)度為l3，DO 的長(zhǎng)度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測(cè)量________，則玻璃磚的折射率可表示為_(kāi)_______． (2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一小角度，由此測(cè)得玻璃磚的折射率將________(填“偏大”“偏小”或“不變”)． 答案　(1)l1和l3　l1/l3　(2)偏大