1、实验二 测定玻璃的折射率基础自主梳理 一、实验目的测定玻璃砖的折射率.二、实验原理如图所示,abba为两面平行的玻璃砖,光线的入射角为 1,折射角为 2,根据 n=sin1sin2可以计算出玻璃的折射率.三、实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔.基础自主梳理 四、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 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,使玻璃砖的一个长边与直线 aa对齐,并画出另一条长边的对齐线 bb.5.眼睛在 bb
2、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,然后在观察这一侧插上大头针 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,拨去大头针,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 sin1和 sin2.8.改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的sin1sin2,并取平均值.基础自主梳理 五、误差分析1.入射光线和折射光线确定的不准确性.2.测量入射角和折射角的误差.六、注意事项1.玻璃砖应选用厚度、宽度较大的
3、.2.大头针应竖直地插在白纸上,且间隔要大一些.3.实验时入射角不宜过大或过小,一般在 1575之间.4.玻璃砖的折射面要画准,不能用玻璃砖界面代替直尺画界线.5.实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.要点研析突破 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.要点研析突破(1)根据图甲画出完整的光路图.(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 3 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
4、应出射光线上的 2枚大头针是P3和 (选填“A”或“B”).要点研析突破 解析:(1)连接两大头针 1、2,延长线与梯形玻璃砖上表面交于 O,再连接两大头针 3、4,延长线与梯形玻璃砖下表面交于 O,再连接 OO,标上箭头以示光线传播方向.要点研析突破(2)入射角 的正弦:sin=,折射角 的正弦 sin=,可取 OC=OC,则折射率 n=sinsin=.用刻度尺测量 CD、CD,代入测量数据可得 n=1.51.(3)光斜射入两底面平行的玻璃砖一个表面,折射光线会从另一个表面平行原入射光线射出玻璃砖.题中乙图中两条平行光线入射,P1P2左边的光线会从梯形玻璃砖另一底面平行射出,是沿着大头针 3
5、 并与 B 方向平行射出;而光线 P1P2将由梯形玻璃砖侧面出射,方向为 P3和 A 的连线.答案:(1)见解析图(2)1.51(3)A1(2016海淀区期中测试)如图所示，用三棱镜做测定玻璃折射率的实验先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针Pl和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使Pl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、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三棱镜轮廓如图所示 (1)在图上画出所需的光路(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_，在图上标出它们(3)计算折射率的公式是n_ 解析：(1)如图
6、所示，画出通过P1、P2的入射光线，交AC面于O，画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O.连接OO，则光线OO就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线 (2)在所画的图上注明入射角1和折射角2，并画出虚线部分，方法一：用量角器量出1和2.方法二：用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度 方法三：以入射点O为圆心，以适当长R为为半径画圆，交入射光线于I，交折射光线(或折射光线的延长线)于J，过I、J两点分别向法线NN作垂线交法线于I、J点，用直尺量出II和JJ的长)(3)方法一：n ；方法二：因为sin 1 ，sin 2 则 方法三：因为sin 1 ，sin 2 则n 答案：(1)见自主解答
7、图(画出通过P1、P2、P3、P4的光线，包括在棱镜内的那部分光路)(2)入射角1和折射角2(见自主解答图)(或线段EF、OE、GH、OG；或线段II、JJ)(3)要点研析突破 例2(2015盐城市三模)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，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、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，则(1)甲同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)(2)乙同学测得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
8、值相比_ 要点研析突破 思维导引 测折射率所使用的玻璃能是否必须为平行玻璃砖？bb边与玻璃砖没对齐主要是对光路图中的哪个物理量的测量有影响？如何判定折射率的测量值与真实值之间的差异？解析：(1)用图测定折射率时，会导致玻璃中折射光线偏折小了，所以折射角增大，折射率减小(2)用图测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关(3)用图测折射率时，因为界面bb部分在玻璃砖外侧，部分在内侧，故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 答案：(1)偏小(2)不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变 感悟提升：无论是测量计算还是误差分析，都离不开实验原理，都必须从折射定律出发，
9、寻找准确的入射角和折射角，通过公式n进行分析要点研析突破 2.如图1 所示为光学实验用的长方体玻璃砖,它的 面不能用手直接接触.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔 a、b、c 的位置相同,且插在 c 位置的针正好挡住插在a、b 位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为 d、e 两点,如图 2所示.计算折射率时,用 (填“d”或“e”)点得到的值较小,用 (填“d”或“e”)点得到的值误差较小.要点研析突破 解析:光学面若被手接触污染,会影响观察效果,增加实验误差;分别连接 cd和 ce 并延长到界面,与界面分别交于 O1、O2两点,由 n=sinsin不难
10、得出用 d 点得到的折射率值较小,过 c 点的出射光线应平行于 ab,利用直尺比对并仔细观察,可知 ceab,故用 e 点得到的折射率值误差较小.答案:光学 d e速效提升训练 1(2015北京卷)“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa和bb分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4.在插P3和P4时，应使_(填选项前的字母)AP3只挡住P1的像 BP4只挡住P2的像 CP3同时挡住P1、P2的像 解析：实验中要使P3挡住P1、P2的像，P4挡 住P3和P1、P2的
11、像，A、B两项错误；C项正确 答案：C 速效提升训练 2.如图所示,在用玻璃砖“测定玻璃的折射率”的实验中,如果所用的玻璃砖ABCD 的上表面 AB 和下表面 CD 不严格平行(AD 略大于 BC),下列说法中正确的是()A.用此玻璃砖做实验,画出的折射光线 c 和相应的入射光线 a 不再平行,因此对实验结果产生系统误差B.用此玻璃砖做实验,画出的折射光线 c 和相应的入射光线 a 不再平行,但不会因此对实验结果产生影响C.射出光线 c 相对于入射光线 a 有顺时针方向的微小偏转D.射出光线 c 相对于入射光线 a 有逆时针方向的微小偏转速效提升训练 解析:只要能把入射光线 a 在玻璃中的折射
12、光线 b 确定下来,就能测定出玻璃的折射率.AB 和 CD 不严格平行,a 和 c 显然也不平行,但同样能确定出 b的位置,因此不会对实验结果产生影响.可以设想 AB 和 CD 原来是平行的,现让 CD 逆时针转动一个小角度,则法线也跟着逆时针转动,b 光线的入射角减小了.由于折射角的变化大于入射角的变化,可以设想为射出光线 c先随法线逆时针转动(相当于折射角没变),再顺时针转动一个更大的角度到达新位置.本题选 B、C 两项.答案:BC3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，
13、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须测量出_，即可计算玻璃砖的折射率请用你的测量量表示出折射率n_.解析：光线指向圆心入射时不改变传播方向，恰好观察不到P1、P2的像时发生全反射，测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度，此时入射角即为全反射临界角，由sin 1/n,得n1/sin.答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度 1/sin 4在“测定玻璃折射率”的实验中(1)操作步骤如下：先在白纸上画出一条直线aa代表两种介质的界面，过aa上的O点画出界面的法线NN，并画一条线段AO作为入射
14、光线 把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa对齐 在线段AO上竖直地插上两枚大头针Pl、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像调整视线方向，直到P1的像被P2挡住再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和P3，记下P3、P4的位置 移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出 入射角1与折射角2，填入表格中 上述操作步骤中存在严重的缺漏，应作的补充是_(2)(多选)实验中测出了多组入射角1与折射角2，并作出了sin 1sin 2图象如图则下列说法正确的是_ A实验时，光线是由空气射入玻璃 B玻璃的折射率为0.67 C玻璃的折射率为
15、1.5 D玻璃临界角的正弦值为0.67 解析：(1)步骤中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb，步骤中应通过P3、P4的连线与bb的交点O和aa上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO.(2)由图可看出入射角1小于折射角2，因此，光线应该是由玻璃射入空气：则玻璃折射率 故sin C1/n1/1.50.67，所以选项C、D正确 答案：(1)见解析(2)CD 速效提升训练 5.(密码原创)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界面 ab 前,不慎碰了玻璃砖使它向 ab方向平移了一些,如图甲所示,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
16、将 (填“偏大”“偏小”或“不变”).(2)乙同学为了避免笔尖接触光学面,画出的 ab和 cd都比实际侧面向外侧平移了一些,如图乙所示,以后的操作均正确,画光路图时将入射点和折线点都确定在 ab和 cd上,则测出的 n 值将 (填“偏大”“偏小”或“不变”).(3)丙同学在操作和作图时均无失误,但所用玻璃砖的两个界面明显不平行,这时测出的 n 值将 .(填“偏大”“偏小”或“不变”)速效提升训练 解析:(1)由图(a)可看出折射角、入射角均相同,玻璃砖的平移对测量结果没有影响,故测得的折射率将不变.(2)由图(b)可看出,使入射点 O 向左移,折射点向右移,所画出的折射角2比实际折射角 2偏大,由 n=sin1sin2知,测得的折射率偏小.(3)所用玻璃砖的两个界面明显不平行时,同样可根据入射光线和出射光线确定玻璃内折射光线,从而确定入射角和折射角,只要第二个界面不发生全反射就行了.不过,入射光线和出射光线不平行,如图(c).所以这时测出的 n 值将不变.答案:(1)不变(2)偏小(3)不变
