4.2 测量介质的折射率 课件(共20张PPT)

(共20张PPT)
第四章 光及其应用
粤教版 选择性必修一
第二节 测量介质的折射率
知识回顾
1. 光的折射定律
三线共平面，法线居中间。
两角不相等，空气中角大。
2. 折射率
测定介质的折射率
玻璃是一种透明介质，光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射，如何把玻璃的折射率测出来？
当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线 AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线 OO′，于是就能测量入射角 θ1、折射角 θ2。 根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。
测定介质的折射率
怎样确定与入射光线 AO 相对应的折射光线 OO′？
怎样确定入射光线 AO 、出射光线 O′D？
测定介质的折射率
三、实验器材
木板、白纸、图钉、长方形玻璃砖、大头针、铅笔
量角器、三角板(或直尺)
一、实验目的
测定玻璃的折射率。
二、实验原理
用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率
插针法测定玻璃的折射率——操作步骤
1.如图所示，把白纸铺在木板上，用图钉固定。
a
a’
O
N
N’
A
2．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作为入射光线．
插针法测定玻璃的折射率——操作步骤
3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其一条长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′.
a
a’
b
b’
O
N
N’
A
插针法测定玻璃的折射率——操作步骤
a
a’
b
b’
O
N
N’
A
4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.从玻璃砖bb′一侧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．
P2
P1
插针法测定玻璃的折射率——操作步骤
a
a’
b
b’
O
N
N’
A
5.再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像．
P2
P1
P4
P3
插针法测定玻璃的折射率——操作步骤
a
a’
b
b’
O
N
N’
A
6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接OO′，OO′就是玻璃砖内折射光线的方向．∠AON为入射角，∠O′ON′ 为折射角．
P2
P1
P4
P3
O’
插针法测定玻璃的折射率——操作步骤
7．改变入射角，重复实验5次．
插针法测定玻璃的折射率——操作步骤
a
a’
b
b’
O
N
N’
A
i
γ
计算法处理实验数据：
用量角器测量入射角i和折射角γ，并查出其正弦值sini和sinγ.
测定介质的折射率
测定介质的折射率
2．图象法
以sin θ1值为横坐标、以sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率k，则 ，故玻璃砖折射率 。
五、数据处理
1．平均值法
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。
测定介质的折射率
3．作图法
在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点、OO′(或OO′的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图 所示。由于 ，且CO＝DO，所以折射率 。
测定介质的折射率
六、误差分析
(1)入射光线和出射光线确定得不够精确
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。
尽可能将大头针竖直插在纸上，且P2、P3应靠近玻璃砖， P1与P2 、 P3与P4之间的距离尽可能远一些
(2)入射角和折射角的测量造成误差
入射角应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小（若过大，大头针P1、P2 射入玻璃中的光线量减少，反射光增强折射光减弱，且色散较严重，由玻璃砖对面看大头针的虚像将变得暗淡、模糊、较粗，不利于瞄准插大头针P3、P4 ）（若过小，折射角小，误差大）
1、某同学做测定玻璃折射率实验时，用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2作出sinθ1-sinθ2图像，如图所示，则下列判断正确的是（ ）
A．他做实验时，研究的是光从空气射入玻璃的折射现象
B．玻璃的折射率为0.67
C．玻璃的折射率为1.5
D．他做实验时，研究的是光从玻璃射入空气的折射现象
A C
课堂练习
2、学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF 作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折射率的值，则：
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________。
(2)图中P3、P4两位置________处所对应的折射率大。
(3)作AO的延长线交圆周于点K，点K处所对应的折射率的值应为________。
答案：(1)　(2)P4　(3)1
课堂练习
真题演练
（2021·全国·高考真题）用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路、C、D两个大头针确定出射光路，O和分别是入射点和出射点，如图（a）所示。测得玻璃砖厚度为，A到过O点的法线的距离，M到玻璃砖的距离，到的距离为。
（ⅰ）求玻璃砖的折射率；
真题演练
（2023·广东·统考高考真题）某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率，实验过程如下：
（1）将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界
（2）①激光笔发出的激光从玻璃砖上的点水平入射，到达面上的点后反射到点射出．用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔的位置
②移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作连线的延长线与面的边界交于点，如图（a）所示
已用刻度尺测量的长度为的长度为
（3）利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式 ；由测得的数据可得折射率为 （结果保留3位有效数字）
（4）为了减小测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角 。
答案：(3) ；1.51　(4)稍小一些