1、实验十五测定玻璃的折射率1实验原理如图1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图12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NN.(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
2、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sin 2.算出不同入射角时的，并取平均值(2)作sin 1sin 2图像：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin 1sin 2的
3、图像，由n可知图像应为直线，如图2所示，其斜率为折射率图2(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3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.图32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
4、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.命题点一教材原型实验例1如图4所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点图4(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO为的长度为l4，为
5、较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量_，则玻璃砖的折射率可表示为_(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)答案(1)l1和l3n(2)偏大解析(1)sin i，sin r，因此玻璃的折射率n，因此只需测量l1和l3即可(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，在处理数据时，认为l1是不变的，即入射角不变，而l3减小，所以测量值n将偏大1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5所示图5(1)此玻璃的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示)
6、(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”)的玻璃砖来测量答案(1)(2)大解析(1)光线由空气射入玻璃的入射角i901，折射角r902，由折射率的定义可得：n，根据平行玻璃砖对光线的影响可知，玻璃砖宽度越大，侧移量越大，折射角的测量误差越小2在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa、bb与玻璃砖位置的关系分别如图6、和所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖他们的其他操作均正确，且均以aa、bb为界面画光路图图6(1)甲同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)(
7、2)乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)(3)丙同学测得的折射率与真实值相比_答案(1)偏小(2)不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变解析(1)用图测定折射率时，玻璃中折射光线偏折大了，所以折射角增大，折射率变小；(2)用图测定折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；(3)用图测定折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不变命题点二实验拓展创新例2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7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
8、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/s，结果均保留两位有效数字)图7答案1.22.5108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.3某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图8所示)实验的主要过程如下：图8A把白纸用图钉钉在木板上，在白纸上作出直角坐标系xOy，在白纸上画一条线段AO表示入射光线B把半圆形
9、玻璃砖M放在白纸上，使其底边aa与Ox轴重合C用一束平行于纸面的激光从y0区域沿y轴负方向射向玻璃砖，并沿x轴方向调整玻璃砖的位置，使这束激光从玻璃砖底面射出后，仍沿y轴负方向传播D在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.E在坐标系y0的区域内竖直地插上大头针P3，并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去，P3能同时挡住P1和P2的像F移开玻璃砖，连接O、P3，用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示)，此圆与AO线交点为B，与OP3线的交点为C.确定出B点到x轴、y轴的距离分别为x1、y1，C点到x轴、y轴的距离分别为x2、y2.(1)若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa与Ox轴重合，而是向y
10、0方向侧移了一些，这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比_(选填“偏大”“不变”或“偏小”)(2)若实验中该同学在y0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，为能透过玻璃砖看到P1、P2，应采取的措施是：_.答案见解析解析(1)折射率n，玻璃砖的底边aa与Ox轴未重合而向y0方向侧移了一些，导致测量的x2偏大，x1偏小，所以玻璃的折射率的测量值与真实值相比偏大；(2)在y0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，说明光线AO在界面aa上发生了全反射应该减小光线AO的入射角4.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9中实线所示，使大
11、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缓慢转动，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需测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率请用你测量的量表示出折射率n_.图9答案玻璃砖直径边绕O点转过的角度解析玻璃砖转动时，射在其直径所在平面内的光线的入射角增大，当增大到等于临界角时，发生全反射现象因sin ，可见只要测出临界角即可求得折射率n，而和玻璃砖直径绕O点转过的角度相等，因此只要测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度即可5小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验
12、，如图10所示，他进行的主要步骤是：图10A用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d.B先把白纸固定在木板上，将玻璃砖水平放置在白纸上，用笔描出玻璃砖的边界，将玻璃砖移走，标出玻璃砖的圆心O、直径AB、AB的法线OC.C将玻璃砖放回白纸的原处，长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置D调节激光器，使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O，并使长直尺MN的左右两侧均出现亮点，记下左侧亮点到A点的距离x1，右侧亮点到A点的距离x2.则：(1)小明利用实验数据计算此玻璃砖折射率的表达式为n_.(2)关于上述实验，以下说法正确的是_A在BOC的范围内，改变入射光线PO的入射角，直尺MN上可能只出现一个亮点B左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2C左侧亮点到A点的距离x1一定大于右侧亮点到A点的距离x2D要使左侧亮点到A点的距离x1增大，应减小入射角答案(1) (2)ABD解析(1)设光线在AB面上的入射角为，折射角为，根据几何关系有：sin ，sin .则折射率n .(2)当入射角大于等于发生全反射的临界角时，只有反射没有折射，则直尺MN上只出现一个亮点，故A正确光从玻璃射入真空，折射角大于入射角，通过几何关系知，x1x2，故B正确，C错误减小入射角，则折射角减小，x1增大，故D正确