1、第79课时测定玻璃的折射率(实验提能课)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、实验原理如图所示，当光线AO1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AO1对应的出射光线O2B，从而求出折射光线O1O2和折射角2，再根据n算出玻璃的折射率。三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。四、实验步骤1如图所示，把白纸铺在木板上。 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。3把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb。4在线段AO
2、上竖直地插上两枚大头针P1、P2。5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。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。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OB交bb于O。连接O、O， OO就是玻璃砖内折射光线的方向。AON为入射角，OON 为折射角。7改变入射角，重复实验。五、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sin 2。算出不同入射角时的，并取平均值。2作sin 1 sin 2图像改变不同的
3、入射角1，测出不同的折射角2，作sin 1sin 2 图像，由n可知图像应为直线，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，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA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。只要用刻度尺测出EH、EH的长度就可以求出n。六、误差分析1入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。2入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。七、注意事项1实验时，应尽可能将大头
4、针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O之间距离要稍大一些。2入射角1不宜太大(接近90)，也不宜太小(接近0)。太大：反射光较强，出射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大。3操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。4实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。5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。考点(一)实验原理和操作方法例1某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1的像和P2的像，当P1的像恰好
5、被P2的像挡住时，插上大头针P3和P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示。(1)在图上画出对应的光路。(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB为分界面，需要测量的量是_，在图上标出它们。(3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n_。(4)若在测量过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置，底边仍重合)，若仍以AB作为分界面，则三棱镜材料折射率的测量值_真实值(填“大于”、“小于”或“等于”)。解析(1)光路图如图所示。(2)若以AB为分界面，需要测量的量为入射角1、折射角2。(3)该三棱镜玻璃折射率的计算公
6、式为n。(4)若在测量过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移，仍以AB为分界面，若将入射光线与AB的交点和折射光线与BC的交点连接起来，从而可知该连接线发生偏转，导致折射角变小，所以测量值比真实值大。答案见解析测量玻璃的折射率，无论是使用平行玻璃砖、三棱镜，还是圆柱形玻璃砖，测量方法和测量结果都相同。如果测量时玻璃砖发生了微小移动，则测量结果会出现偏差。考点(二)用图像法求解折射率例2用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和
7、P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。(1)在图上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角。(3)用所测物理量计算折射率的公式为n_。(4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当_(填“小一些”“无所谓”或“大一些”)。(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n_。解析(1)连
8、接P3、P4与CD交于一点，此交点即光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与AB的交点即光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示。(2)连接O点与光线在AB上的入射点即法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示。(3)由折射定律可得n。(4)为了保证能在弧面CD上有出射光线，实验过程中，光线在弧面AB上的入射角应适当小一些，才不会使光线在CD面上发生全反射。(5)图像的斜率kn，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5。答案(1)见解析图(2)见解析图(3)(4)小一些(5)1.5无论什么形状的玻璃砖，只要确定了光线从玻璃砖上的入射点和出射点，就能确定折
9、射光线。利用图像法求解折射率可以减小实验误差。1在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。(1)在图丙中画出完整的光路图。(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率 n_(保留三位有效数字)。(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和_(填“A”或“B”)。解析：(1)如图a所示。(2)折射率n，sin i与sin r可利用图中的方格进行粗略的计算，或是利用直尺测量计算，sin i0.798，sin r0
10、.521，则n1.53。(3)光路图如图b所示，光线经两边沿相互平行的玻璃砖， 出射光线平行于入射光线， 即MNP4B。P1P2光线从棱镜右边侧面射出向底边偏折，如图b中P3A，所以填A。答案：(1)见解析图a(2)1.53(1.501.56均正确) (3)A2.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：(1)据题意可知入射角为(901)，折射角为(902
11、)，则玻璃的折射率为n(2)玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确。故应选用宽度大的玻璃砖来测量。答案：(1)(2)大3(2017济南质检)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OA间的距离为20.00 cm，AB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(光在真空中传播速度c3.0108 m
12、/s，结果保留两位有效数字)。解析：作出光路图如图所示，根据几何知识可得入射角i45，折射角r37，故折射率n1.2，故v2.5108 m/s。答案：1.22.51084如图所示是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图。玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则(1)出射光线与入射光线_(选填“仍平行”或“不再平行”)。(2)以入射点O为圆心，以R5 cm长度为半径画圆，与入射光线PO交于M点，与折射光线OQ交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得MN1.68 cm，EF1.12 cm，则该玻璃砖的折射率n_。解析：(1)由于玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，所以出射光线与入射光线不再平行。(2)该玻璃砖的折射率n1.5。答案：(1)不再平行(2)1.5