高中物理鲁科版（2019）选择性必修一 课件 4.2 科学测量：玻璃的折射率(共21张PPT)

(共21张PPT)
4.2　科学测量：
玻璃的折射率
1.实验原理
如图所示，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射角θ2，
再根据n＝ 或n＝ 算出玻璃的折射率。
测定玻璃的折射率
2．实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。
3．实验步骤
(1)将白纸用图钉钉在木板上。
(2)在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线，如图。
(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′。
(4)在线段AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直至P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，
使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、
P2的像，记下P3、P4的位置。
(5)移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作线段O′B与bb′交于O′，线段O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。
(6)连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中。
(7)用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。
(8)算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。
4．实验数据的处理方法
(1)图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同
的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2图像，
由n＝ 可知图像应为直线，
如图所示，其斜率为折射率。
(2)单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法。
①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。
②由图中关系 OE=OE′=R
则 只要用刻度尺测出EH、E′H′
的长度就可以求出n。
5．误差分析
(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧面、出射侧面所插两枚大头针间距应大一些，玻璃砖应宽一些。
(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。
6．注意事项
(1)实验中，玻璃砖在纸上位置不可移动。
(2)不能用手触摸玻璃砖光洁的光净面，更不能把玻璃砖当尺子用。
(3)大头钉应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大些。以减小确定光路方向时造成的误差。
(4)实验中入射角不宜过小，否则会使测量误差大，也不宜过大，否则在bb′一侧看不到P1、P2的像。
(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。
思考1：本实验的关键点在哪儿？
提示：实验的关键点是如何确定与入射光线AO对应的折射光线OO′的位置。
思考2：为减小入射角和折射角的测量误差，入射角越大越好吗？
提示：入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱，在bb′一侧看不到P1、P2的像。
测玻璃折射率问题的解题关键
用插针法测玻璃的折射率，原理是利用n＝ 求解，故关键是画出光路图，找出入射光线和折射光线，从而确定入射角和折射角，其顺序可归纳为“定光线，找角度，求折射率”。
1.用三棱镜做测定玻璃的折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插入两枚大头针P1和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P1、P2的像和P3，在白纸上标出大头针的位置和三棱镜轮廓，如图所示.
(1)在本题的图上画出所需的光路.
(2)为了测出玻璃棱镜的折射率，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＝________.
随堂检测
解析　 (1)光路图如图所示，画出通过P1、P2的入射光线，交AC于O，画出通过P3、P4的出射光线交AB于O′，连接OO′，则光线OO′就是入射光线P1、P2在三棱镜中的折射光线.
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解析　 (2)在所画的图上画出虚线部分，并注明入射角θ1和折射角θ2，用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度).
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解析　 (3)根据n =
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2.在用插针法测定玻璃折射率的实验中，某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O点为圆心，10 cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交线段OO′的延长线于C点，过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂线CD
交NN′于D点，如图所示.用刻度尺量得OB＝8 cm，
CD＝4 cm，由此可得出玻璃砖的折射率n＝____.
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解析　
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