第3講　實驗：測定玻璃的折射率 講義

1、.第3講實驗：測定玻璃的折射率見學生用書P220微知識1 實驗目的1測定玻璃的折射率。2學會用插針法確定光路。微知識2 實驗原理如下圖，當光線AO以一定的入射角1穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO對應的出射光線OB，從而求出折射光線OO的折射角2，再根據(jù)n或n算出玻璃的折射率。微知識3 實驗器材玻璃磚，白紙，木板，大頭針，圖釘，量角器或圓規(guī)，三角板，鉛筆。微知識4 實驗步驟1把白紙用圖釘釘在木板上。2在白紙上畫出一條直線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如下圖。3把長方形的玻璃磚放在白紙上，使它的一條邊跟aa對齊，并畫出玻璃磚的另一界面b

2、b。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，用眼睛觀察并調(diào)整視線，使P3能同時擋住P1和P2的像。6同樣的，在玻璃磚的bb一側(cè)再豎直地插上大頭針P4，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OB與bb交于O點，連接OO，OO就是玻璃磚內(nèi)的折射光線的方向，入射角1AON，折射角2OON。8用量角器量出入射角1和折射角2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用上面的方法分別作出入射角是30°、45°、60°時的折射角，查出

3、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，看它們是否接近一個常數(shù)，求出幾次實驗中所測的平均值，這就是玻璃的折射率。微知識5 本卷須知1實驗時，應盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1和P2之間、P3和P4之間間隔 要稍大一些。2入射角1不宜太大接近90°，也不宜太小接近0°。太大：反射光較強，折射光較弱；太小：入射角、折射角測量的相對誤差較大。3操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔光學面，更不能把玻璃磚界面當尺子畫界限。4實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。5玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5 cm以上，假設寬度太小，那么測量誤差較大。一

4、、思維辨析判斷正誤，正確的畫“，錯誤的畫“×。1測定玻璃的折射率的實驗中只能用兩面平行的玻璃磚，用棱鏡不能測定玻璃的折射率。×2兩面平行的玻璃磚厚度適當大些，測量的誤差較小。二、對點微練1.實驗原理和操作某同學利用“插針法測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行。正確操作后，作出的光路圖及測出的相關角度如下圖。1此玻璃的折射率計算式為n_用圖中的1、2表示。2假如有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應選用寬度_填“大或“小的玻璃磚來測量。解析1光線由空氣射入玻璃的入射角i90°1，折射角r90°2，由折射率的定義可得n，根據(jù)平行玻璃磚對光

5、線的影響可知，玻璃磚寬度越大，側(cè)移量越大，折射角的測量誤差越小。答案1或2大2數(shù)據(jù)處理和誤差分析在用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學在紙上畫出的界面aa、bb與玻璃磚位置的關系分別如圖和所示，其中甲、丙兩同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚。他們的其他操作均正確，且均以aa、bb為界面畫光路圖。1甲同學測得的折射率與真實值相比_填“偏大“偏小或“不變。2乙同學測得的折射率與真實值相比_填“偏大“偏小或“不變。3丙同學測得的折射率與真實值相比_。解析1用圖測定折射率時，玻璃中折射光線偏折大了，所以折射角增大，折射率變小；2用圖測定折射率時，只要操作正確，與玻璃磚形狀無

6、關；3用圖測定折射率時，無法確定折射光線偏折的大小，所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變。答案1偏小2不變3可能偏大、可能偏小、可能不變見學生用書P221微考點實驗操作和數(shù)據(jù)處理核|心|微|講求折射率的三種方法1計算法用量角器測量入射角1和折射角2，算出不同入射角時的，并取平均值。2圖象法改變不同的入射角1，測出不同的折射角2，作sin1sin2圖象，由n可知圖象應為直線，如下圖，其斜率就是玻璃的折射率。3輔助線段法利用刻度尺作輔助線，測出輔助線的長度大小，求玻璃的折射率。典|例|微|探【例】如下圖，某同學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

7、定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚圖中實線部分另一側(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，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點。1設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_，那么玻璃磚的折射率可表示為_。2該同學在插大頭針P3前，不小心將玻璃磚以O為圓心順時針轉(zhuǎn)過一個小角度，由此測得玻璃磚的折射率將_填“偏大“偏小或“不變。【解題導思】當玻璃磚順時針轉(zhuǎn)過一個小角度后，折射光線與作出的原法線間的夾角

8、增大還是減小？答：減小。解析此題考察插針法測玻璃折射率的實驗原理、方法遷移及誤差分析。1如題圖所示，sin1，sin2，因此玻璃的折射率n，因此只需測量l1和l3即可。2計算的1和2比真實值減小一樣的角度，因為1>2，所以sin2減小更明顯，n計算值偏大。答案1l1、l3n2偏大題|組|微|練1.如下圖是用某種透光物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABC；在垂直AC面的直線MN上插兩枚大頭針P1，P2，在AB面的左側(cè)透過棱鏡觀察大頭針P1，P2的像，調(diào)整視線方向，直到P1的像_，再在觀察的這一側(cè)先后插入兩枚大頭針P3，P4，使P3_，P4_，記下P3，P4的位置，移去大頭針和三棱鏡，過P3，P4作直線

9、與AB面相交于D，量出該直線與AB面的夾角為45°，那么該透光物質(zhì)的折射率n_，并在圖中正確地畫出完好的光路圖。解析折射率的測定原理是根據(jù)折射定律n，利用插針法將光在介質(zhì)中的傳播道路確定，從而測出相應的入射角1和折射角2，求解出n值。而插針便是利用它擋住物體大頭針的像，用P3擋住P1，P2的像是為了確定入射光線，用P4擋住P3和P1，P2的像是為了確定出射光線。由題給條件可畫出如下圖的完好光路圖，且145°，230°所以n。答案被P2的像擋住擋住P1，P2的像擋住P3和P1，P2的像光路圖見解析圖2一塊玻璃磚有兩個互相平行的外表，其中一個外表是鍍銀的光線不能通過此

10、外表?，F(xiàn)要測定此玻璃磚的折射率，給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4枚P1、P2、P3、P4、帶有刻度的直角三角板、量角器。實驗時，先將玻璃磚放在白紙上，使上述兩個互相平行的外表與紙面垂直。在紙面上畫出直線aa和bb，aa表示鍍銀的玻璃磚外表，bb表示另一外表，如下圖，然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2。用P1、P2的連線表示入射光線。1為了測量折射率，應如何正確使用大頭針P3、P4？試在圖中標出P3、P4的位置。2然后，移去玻璃磚與大頭針。試在圖中通過作圖的方法標出光線從空氣進入玻璃時的入射角1與折射角2。寫出用1、2表示的折射率公式：n_。解析1在bb一側(cè)觀察P1、P2經(jīng)bb折射、

11、aa反射，再經(jīng)bb折射的像，在適當?shù)奈恢貌迳螾3，使得P3與P1、P2的像在一條直線上，即讓P3擋住P1、P2的像；再插上P4，讓它擋住P3本身和P1、P2的像，P3、P4的位置如下圖。2過P1、P2作直線與bb交于O點；過P3、P4作直線與bb交于O點；利用刻度尺找到OO的中點M；過O點作bb的垂線CD，過M點作bb的垂線與aa相交于N，如下圖，連接O、N；那么P1OD1，CON2。由折射率的定義可得n。答案見解析見學生用書P2211“測定玻璃的折射率的實驗中，在白紙上放好玻璃磚，aa和bb分別是玻璃磚與空氣的兩個界面，如下圖。在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，用“表示大頭針的位置，然

12、后在另一側(cè)透過玻璃磚觀察，并依次插上大頭針P3和P4，在插P3和P4時，應使_。填選項字母AP3只擋住P1的像BP4只擋住P2的像CP3同時擋住P1、P2的像解析使P3同時擋住P1、P2的像，即P3、P1、P2在同一光線上，C項正確。答案C2某同學做“測定玻璃折射率實驗時，完成光路圖后，由于沒有量角器，借助圓規(guī)以O為圓心畫圓，分別交入射光線于A點，交OO連線延長線于C點。分別過A點、C點作法線NN的垂線AB、CD交NN于B點、D點，用刻度尺量得AB10 cm，CD6 cm。1求玻璃的折射率n。2光從這種玻璃進入空氣時的臨界角是多大？解析1設AONi，CON，由折射定律可得n，因為AOCO，所以

13、n。2由sinC可得，光從這種玻璃進入空氣時的臨界角C37°。答案1237°3某校開展研究性學習，某研究小組根據(jù)光學知識，設計了一個測液體折射率的儀器。如下圖，在一個圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上，垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變。每次測量時讓圓盤的下半部分豎直浸入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2。同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可以直接讀出液體折射率的值。1假設AOF30°，OP3與OC之間的夾角為45°，那么在P3處刻的刻度值為_。2假設在同一