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1、第13點(diǎn) 測折射率實(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)行測量,只要利用“插針法”定出入射光線和出射光線,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,一樣可以測出折射率.光路圖如圖1所示.
圖1
2.巧妙的數(shù)據(jù)處理
(1)如果沒有量角器,在完成光路后,可利用數(shù)學(xué)方法來計(jì)算其折射率,作法如圖2所示:以O(shè)點(diǎn)為圓心,任意長為半徑畫圓,分別交線段OA于A點(diǎn),交O、O′連線的延長線于C點(diǎn),過A點(diǎn)作法線NN′的垂線AB交NN′于B,過C點(diǎn)作法線NN′的垂線CD交NN′于D點(diǎn),用刻度尺量得、,由此可得
2、出玻璃的折射率n==.
圖2
如果沒有圓規(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 r=sin i.
在多次改變?nèi)肷浣?、測量相對應(yīng)的入射角和折射角正弦值的基礎(chǔ)上,以sin i值為橫坐標(biāo)、以sin r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),過數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過原點(diǎn)的直線.
圖3
求解圖線的斜率,設(shè)斜率為k,則k=,故玻璃磚折射率n=.
對點(diǎn)例題 用“插針法”測定透明半圓柱玻璃磚的折射率,O為玻璃截面
3、的圓心,使入射光線跟玻璃磚的平面垂直,如圖4所示的四個(gè)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)在這四個(gè)圖中肯定把針插錯(cuò)了的是________.
(2)在這四個(gè)圖中可以比較準(zhǔn)確地測出折射率的是________.計(jì)算玻璃的折射率的公式是________.
解題指導(dǎo) 將P1P2看作入射光線,P3P4看作出射光線,由下圖知,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中光路雖然正確,但入射角和折射角均為零度,測不出折射率,只有D能比較準(zhǔn)確測出折射率,角度如圖中D所示,其折射率:n=.
答案 (1)AC (2)D
4、n=
方法探究 教材上是用長方形玻璃磚做實(shí)驗(yàn)的,但并不是說只能用長方形玻璃磚來做此實(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.
1.在“測定玻璃磚的折射率”的實(shí)驗(yàn)中,對一塊兩面平行的玻璃磚用“插針法”找出入射光線對應(yīng)的折射光線,現(xiàn)在有甲、乙、丙、丁四位同學(xué)分別作出如圖5所示的四組插針結(jié)果.
(1)從圖中看肯定把針插錯(cuò)的同學(xué)是________.
(2)從圖中看,測量結(jié)果準(zhǔn)確度較高的同學(xué)是________.
圖5
答案 (1)乙 (2)丁
解析 分別連接確定入射光線和折射光線的兩點(diǎn),并延長與玻璃磚上下界面分別交于O和O′,連接O
5、O′后,可以確定入射光線和折射光線以及入射角i和折射角r.根據(jù)i>r和入射光線與出射光線平行的原則可以判斷出哪個(gè)同學(xué)把針插錯(cuò),哪一個(gè)準(zhǔn)確度較高.
2.如圖6所示,某同學(xué)用插針法測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6
(1)設(shè)AB的長度為l1,AO的長度為l2,CD的長度為l3,DO的長度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,需用刻度尺測量________,則玻璃磚的折射率可表示為________.
(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)過一小角度,由此測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