1、实验十九测量玻璃的折射率授课提示：对应学生用书第279页一、实验目的1测定玻璃的折射率。2学会用插针法确定光路。二、实验原理与要求基本实验要求1实验原理如图所示，当光线AO以一定的入射角1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线OB，从而求出折射光线OO和折射角2，再根据n或n计算出玻璃的折射率。2实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔。3实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上。(2)在白纸上画一条直线aa，并取aa上的一点O为入射点，作过O点的法线MM。(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针。(4)在白纸上放上玻璃
2、砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa对齐，并画出另一条长边的对齐线bb。(5)眼睛在bb的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线OB及出射点O，连接O、O得线段OO。(7)用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和sin 2。(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值。规律方法总结1数据处理(1)计算法：用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和si
3、n 2。算出不同入射角时的，并取平均值。(2)作sin 1sin 2图象：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin 1sin 2的图象，由n可知图象应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。(3)“单位圆”法确定sin 1、sin 2，计算折射率n。以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO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EH，如图所示，sin 1，sin 2，OEOER，则n。只要用刻度尺量出EH、EH的长度就可以求出n。 2.注意事项(1)用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃
4、砖的另一边bb。(2)实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。(3)大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差。(4)实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb一侧将看不到P1、P2的像。授课提示：对应学生用书第280页命题点一教材原型实验实验原理与操作典例1(2021河南郑州一中模拟)(1)几位同学做“用插针法测定玻璃的折射率”实验，图示直线aa、bb表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面。几位同学进行了如下操作：A甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa与bb不平行，其他操作正确B乙同学在白纸上正确画出
5、平行玻璃砖的两个界面aa和bb后，将玻璃砖向aa方向平移了少许，其他操作正确C丙同学在白纸上画aa、bb两界面时，其间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，其他操作正确上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是_(填写选项前的字母)。(2)在用插针法测玻璃砖折射率的实验中，在已确定好的入射方向AO上插了两枚大头针P1和P2，如图所示(是三条直线)。在以后的操作中，下列说法正确的是_。A在bb侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在线上B保持O点不动，减小入射角，在bb侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在线上C保持O点不动，增大入射角，在bb侧调整观察视线，看不清P1
6、和P2的像，这可能是光在bb侧面发生全反射解析(1)甲同学选定的玻璃砖两个光学面aa和bb不平行，不会影响入射角和折射角的确定；乙同学将玻璃砖向aa方向平移了少许，直线aa、bb之间的距离仍然等于玻璃砖的厚度，入射角和折射角的大小不变；丙同学在白纸上画aa和bb间距比平行玻璃砖两光学面的间距稍微大些，使画出的入射点向左移，出射点向右移，所画的折射角比实际值大，算得的折射率将偏小。(2)由折射定律可知，光线通过平行玻璃砖后向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向一侧偏移，如图，故另两枚大头针P3和P4不可能插在线上，故A错误；若保持O点不动，减小入射角，折射角也减小
7、，另外两枚大头针P3和P4可能插在线上，故B正确；若保持O点不动，增大入射角，在bb侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，反射光增强，折射光线减弱，根据光路可逆性原理可知，光线不可能在bb界面发生全反射，故C错误。答案(1)AB(2)B数据处理与分析典例2(2019高考天津卷)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度_。A选用两光学表面间距大的玻璃砖B选用两光学表面平行的玻璃砖C选用粗的大头针完成实验D插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下
8、的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是_。(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n_。(用图中线段的字母表示)解析(1)测定玻璃折射率的关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使同侧两枚大头针间的距离尽量大些都有利于提高实验的准确程度，A、D正确；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故B、C错误。(2)两光学表面平行的玻璃砖的入射光线与出射光线平行，在空气中的
9、入射角大于玻璃中的折射角，在题图中，根据玻璃砖界线及四个孔洞位置分别作出光路图及法线，如图1所示分析可知实验操作正确的是D。(3)如图2所示，玻璃的折射率n，又sin i，sin r，故n。答案(1)AD(2)D(3)命题点二实验创新设计实验目的创新典例3实验可让学生们提高对物理实验的理解和应用能力。如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，请填写下述实验步骤中的空白。(1)用刻度尺测出广口瓶瓶口内径d。(2)在瓶内装满水。(3)将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中。(4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻度的像B恰与A点的像相重合
10、。如图，若水面恰与直尺的C点相平，则_和_分别等于入射角和折射角。(5)读出_和_的长度。(6)由题中所给条件和前面步骤得到的数据，可以计算水的折射率n_。解析(4)从A点发出的光线经折射后进入眼睛，所以OAC等于入射角，OBC等于折射角；(5)若水面恰与直尺C点相平，读出AC和BC的长度。(6)设从A点发出的光线射到水面时入射角为i，折射角为r，根据数学知识得知：sin i，sin r，则折射率为n根据对称性有：BCBC联立得n或 。答案 (4)OACOBC或OBC(5)ACAB或BC(6) 或 创新评价本实验创新之处在于由测液体的折射率替代测玻璃砖的折射率，数据处理根据单位圆法转换为数学知
11、识获取。实验设计创新典例4某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出O、A间的距离为20.00 cm，A、B间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d110.00 cm，玻璃砖厚度d24.00 cm。玻璃的折射率n_，光在玻璃中传播速度v_ m/s(光在真空中的传播速度c3.0108 m/s，结果均保留2位有效数字)。解析作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i45，设折射角为r，则tan r，故折射率n1.2，故v2.5108 m/s。 答案1.22.5108创新评价利用激光笔结合标尺分析光点的位置变化替代插针法，实验操作过程利用了光的折射和反射。
