1、实验一 测定玻璃的折射率 1理解插针法测定玻璃折射率的原理 2会用插针法测定玻璃的折射率 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，从而得到折射光线OO和折射角 2，再根据 算出玻璃的折射率.12sinnsin平木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺、三角板、铅笔 一、实验步骤 1.固定白纸画三线（1）用图钉将白纸固定在平木板上.（2）用直尺画出界面线aa、法线NN、入射光线AO.2.放砖画出下界面（1）将玻璃砖长边跟aa对齐.（2）在另一侧用铅笔点上两个点.（3）撤掉玻璃砖，用直尺、铅笔画出下界面bb,再重新放好玻璃
2、砖.3.插针确定出射光线（1）在AO上竖直插上两枚大头针P1、P2.（2）透过玻璃砖观察P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像.（3）再在观察者一侧先后竖直插上大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像.4.撤针、撤砖、画光线 过P3、P4画光线，交bb于O点，连接OO即为折射光线.5.量角记入表格内 6.改变入射光线重复实验 1 sin 1 2 sin 2 n 1 30 2 45 3 60 4 75 n二、数据处理 1.可以先确定好入射角如30、45、60等，测出相对应的折射角，分别记录在表格里 2.通过查表得到入射角和折射角的正弦值.计算每次测量
3、的折射率，最后求平均值作为被测玻璃砖的折射率 1用量角器测量 1、2时会出现误差 2作光路图时会出现误差：出射光线方向，两界面线与玻璃砖两侧面的对应程度，入射点、出射点的确定 3.观察P1、P2像及确定P3、P4位置时会出现误差 1大头针竖直插在纸上，且间距要稍大一些，以便于确定光线走向，以减小确定光路方向时出现的误差 2.入射角不宜太大，也不宜太小，否则会使测量误差加大，一般在1575之间 3.实验中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变 4.玻璃砖要厚一些，便于观察大头针的像 5.在操作时，手不能触玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线 1.仪器改进 本实验中如果采用的不是两面平行的
4、玻璃砖，如三棱镜、半圆形玻璃砖等，则出射光线和入射光线不平行，但一样能测出其折射率.2.数据处理方法改进（1）单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法.以入射点O为圆心，以一定长度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.由图中关系 则 只要用直尺测出EH、EH的长度就可以 求出n.（2）图象法：改变不同的入射角 1，测出不同的折射角 2，作sin 1-sin 2图象，由 可知图象应为直线，如图 所示，其斜率为折射率.12EHE HsinsinOEOEROEOE ，12sinEHn.sinE H 12sinnsin3
5、.全反射法测定折射率（1）原理：全反射现象.（2）方法：将一块半圆形玻璃砖放在水平面上（如图所示），将一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心O，以O为转轴在水 平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过 角时，观察者在玻 璃砖平面一侧恰看不到出射光线，这样就可以知道该玻璃砖的 折射率n的大小，1n.sin 应用全反射法测定折射率【例证1】（2011天津高考）某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率，开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的 直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓缓转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡
6、住P1的像，如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失，此时只须测量 出 ，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的测量量表 示出折射率n=.【规范解答】若半圆形玻璃砖转过角时在半圆形玻璃砖直径 一侧恰好看不到P1、P2的像，则此时刚好发生全反射.设过P1、P2的光线在玻璃砖内的入射角为，在空气中折射角为90，根据折射定律有：因此，只要测量出，即可求出玻璃砖的折射 率 答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度 sin901nsinsin，1n.sin1sin 应用单位圆法处理实验数据【例证2】在测定玻璃折射率的实验中，某同学由 于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆 心，以10.00 c
7、m长为半径画圆，分别交线段OA于A 点，交O和O连线延长线于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OB8.00 cm，CD4.00 cm，请由以上条件得出玻璃的折射率.（请写出必要的分析和推算过程）【规范解答】本实验是测定玻璃的折射率，根据题意，在没有 量角器的情况下采用单位圆法，即以O点为圆心，以10.00 cm长 为半径画圆，如题图所示.设AOB=1，COD=2，因此有：则玻璃的折射率 在RtOAB中，AB=6 cm，因此玻璃的折射率：答案：见规范解答 12ABABCDsinsinOARR ，12sinABnsinC
8、D22OAOBAB6n1.5CD41（2010福建高考）某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行.正确操作后，作出的光路图及测出的相关角 度如图所示.（1）此玻璃的折射率计算式为n=（用图中的 1、2表示）；（2）如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度 （填“大”或“小”）的玻璃砖来测量.【解析】由题图知，入射角i=901，折射角r=902，因此折射率 在实验中选用宽度大的 玻璃砖来测量，可减小实验误差，因此宽度选用“大”的.答案：（1）（2）大 1122sin 90cossininsinrsin 90cos （），（）12coscos2.某同学
9、用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率 的实验，先在白纸上放好圆柱形玻璃砖，在 玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后 在圆柱形玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1 的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和圆柱形玻璃砖的边界如图所示.（1）在图上画出所需的光路（2）为了测量出玻璃砖折射率，需要测量的物理量有_（要求在图上标出）.（3）写出计算折射率的公式.【解析】（1）光路如图所示.（2）需要测量的物理量为i1和r1或i2和r2.（3）由折射率的公式可得 或 答案：见解析 11sininsin
10、r22sinin.sinr3.（2012成都模拟）如图，把玻璃砖放在 木板上，下面垫一白纸，在白纸上描出玻璃 砖的两个边a和a.然后在玻璃砖的一侧插 两个大头针A、B，AB的延长线与直线a的交 点为O.眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A挡住.如果在眼睛这一侧再插第三个大头针C，使它把A、B都挡住，插第四个大头针D，使它把前三个都挡住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线.在白纸上描出光线的径迹，要计算玻璃砖的折射率需要测量的物理量是图中的 ；为了减小实验误差，入射角应 .（填“大些”或“小些”）.【解析】根据 分析可知，要计算玻璃砖的折射率需要测量和；因角度大一些，测量误差就会
11、小一些，故入射角应大些.答案：和 大些 sinnsin4（2012泉州模拟）在做测定玻璃折射率的 实验时：（1）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面 ab和cd时，不慎碰了玻璃砖，使它向ab方向平移了一些，如图所示，其后的操作都正确，但画光路图时，将折射点确定在ab和cd上，则测出的n值将 （填“变大”、“不变”或“变小”）（2）乙同学为了避免笔尖接触玻璃面，画出的ab和cd都比实际侧面向外侧平移了一些,如图所示，以后的操作均正确，画光路图时将入射点和折射点都确定在ab和cd上，则测出的n值将 （填“变大”、“不变”或“变小”）.【解析】（1）设入射光线分别交玻璃砖上表面和ab于F和O，出射光
12、线分别交玻璃砖下表面和cd于E和O，如图所示.由平面几何知OOEF为一平行四边形，分别在O和F点画的入射角和折射角都相等，因此画光路图时，将折射点确定在ab和cd上，测出的n值将“不变”.（2）根据题中的情况，作出相应光路图，如图所示，从图中可 看出在该同学的操作下.使入射点O1向左移，折射点O2向右移，所画出的折射角r比实 际折射角r偏大，而入射角又不变，由 知，测得的折射 率将“变小”.答案：（1）不变 （2）变小 sininsinr5一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过此表面）.现要测定此玻璃的折射率.给定的器材有：白纸、钢笔、大头针4枚（P1、P2、P3、
13、P4）、带有刻度的直角三角板、量角器.实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直.在纸上画出直线aa和bb，aa表示镀银的玻璃表面，bb表示另一表面，然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2，如图所示，用P1、P2的连线表示入射光线.（1）为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置.（2）然后，移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角 1与折射角 2.简要写出作图步骤.（3）写出用 1、2表示的折射率公式为n=.【解析】（1）在bb一侧观察P1、P2（由P1、P2发出的光经bb折射，再经aa反射，最后
14、经bb折射后射出）的像，在适当的位置插上P3，使得P3挡住P1、P2的像（在一条直线上），再插上P4，让它挡住P2（或P1）的像和P3.如图所示.（2）过P1、P2作直线与bb交于O；过P3、P4作直线与bb交于O；利用三角板找到OO的中点M；过O点作bb的垂线CD，过M点作bb的垂线与aa相交于N，连结ON；则P1OD=1，CON=2.（3）由折射率的公式得：.答案：（1）、（2）见解析 （3）12sinnsin12sinsin6.（2012赣州模拟）利用插针法可以测量 半圆柱形玻璃砖的折射率.实验方法如下：在 白纸上作一直线MN，并作出它的一条垂线AB，将半圆柱形玻璃砖（底面的圆心为O）放
15、在白 纸上，它的直边与直线MN对齐，在垂线AB上竖直插两个大头针P1和P2（如图所示），然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，从而求出玻璃砖的折射率.实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等.（1）某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线AB上插P1、P2两枚大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，原因是 ，他应该采取的措施是 .（2）为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，最少应插 枚大头针.（3）请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置，并用“”表示，作出光路图.为了计算折射率，应该测量的量（在光路图上标出）有：，计算折射率的公式是 .【解析】（1）光线P1P2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖，不偏折，直接射至半圆界面，当到达圆弧面上的入射角大于临界角时，发生全反射现象，光不能从圆弧面折射出来，向上移动半圆柱形玻璃砖，使到达圆弧面上的光线入射角小于临界角.（2）由于入射光线射至半圆界面为一入射点，要确定折射光线 再有一个点即可，因此最少应插1枚大头针，如图所示.（3）光在圆弧面上D点发生折射，法线为OD直线，测出入射角i 和折射角r，折射率 .答案：见解析 sinrnsini
