1、实验十五：测定玻璃的折射率一、实验原理与操作二、数据处理与分析1.数据处理(1)计算法：计算每次折射率 n，求出平均值 n .(2)图象法(如图 S15-1 所示)图 S15-2图 S15-1(3)单位圆法(如图 S15-2 所示)三、误差分析1.确定入射光线、出射光线时的误差.故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大点；2.测量入射角与折射角时的误差.故入射角不宜过小，但也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱.四、注意事项1.玻璃砖要用厚度较大的；2.入射角应在 30到 60之间；3.大头针要竖直插在白纸上，且距离应尽量大一些.【基础自测】1.在测定玻璃的折射率的实验中，对一块两面平行的玻
2、璃砖，用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线.现有甲、乙、丙三位同学分别做出如图 S15-3 的三组插针结果.从图上看，肯定把针插错了的同学有_.图 S15-3解析：光线透过平行玻璃砖时出射光线与入射光线平行，且从空气射入玻璃砖时入射角大于折射角，因而光线透出时相对于入射光线向右下侧发生偏移，由图可知，甲乙图中出射光线不符合事实，肯定插错了.答案：甲、乙考点 1 实验原理与操作【典题 1】如图 S15-4 所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在 白 纸 上 确 定 玻 璃 砖 的 界 面 aa 和bb.O 为直线 AO 与 a
3、a的交点.在直线OA 上竖直地插上 P1、P2 两枚大头针.图 S15-4(1)该同学接下来要完成的必要步骤有_.A.插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像 B.插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像 C.插上大头针P4，使P4仅挡住P3 D.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像(2)过P3、P4作直线交bb于O，过O作垂直于aa的直线NN，连接OO.测量图中角和的大小，则玻璃砖的折射率n_.解析：(1)确定 P3 大头针的位置的方法是插上大头针 P3，使 P3 挡住 P1、P2 的像.确定 P4 大头针的位置的方法是插上大头针 P4，使 P4 挡住 P3 和 P1、P2 的像.
4、故 B、D 正确.(2)光线在 aa面的入射角为，折射角为，则根据折射定律得玻璃砖的折射率n sin sin.答案：(1)BD(2)sin sin 考点 2 数据处理和误差分析【典题 2】某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图甲所示).实验的主要步骤如下：A.把白纸用图钉钉在平木板上，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.把半圆形玻璃砖 M 放在白纸上，使其底边 aa与 Ox 轴重合，且圆心恰好位于 O 点；C.在 AO 线段上竖直地插上两枚大头针 P1、P2；D.在坐标系的 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，P
5、3 能同时挡住 P1 和 P2 的像；E.移开玻璃砖，作 OP3 连线，用圆规以 O 点为圆心画一个圆(如图 S15-5 甲中虚线所示)，此圆与 AO 线交点为 B，与 OP3连线的交点为 C.测出 B 点到 x、y 轴的距离分别为 l1、d1，C 点到 x、y 轴的距离分别为 l2、d2.甲丙乙图 S15-5(1)根据测出的 B、C 两点到两坐标轴的距离，可知此玻璃折射率测量值的表达式为 n_.(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 的像，其原因可能是：_.(3)该同学用平行玻璃砖做实验.他在纸上正确画出玻璃砖的两个界面 aa和 bb后，不小心碰了
6、玻璃砖使它向 aa方向平移了少许，如图乙所示，则他测出的折射率将 _(填“偏大”“偏小”或“不变”)；他在画界面时，不小心将两界面 aa、bb间距画得比玻璃砖宽度大些，如图丙所示，则他测得的折射率_(填“偏大”“偏小”或“不变”).(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 的像，其原因可能是：P1、P2 确定的光线在 aa界面上入射角太大，发生了全反射.解析：(1)设入射角为 i，折射角为 r，圆的半径为 R，根据数学知识得 sin id1R，sin rd2R，则此玻璃折射率测量值的表达式为 nsin rsin id2d1.可知，测得的折射率将不变.得
7、，折射率测量值偏小.(3)如图 D109 甲所示，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律 nsin isin r如图乙所示，入射角没有变化，折射角的测量值偏大，则由 nsin isin r甲乙图 D109(2)P1、P2 确定的光线在 aa界面上入射角太大，发生了全反射(3)不变偏小答案：(1)d2d1考向 1 实验操作的创新根据全反射的条件，使入射光从透明介质向空气传播，调节入射角的大小，使其恰好发生全反射，这时的入射角就是临界角，根据临界角公式求出折射率的大小.【典题 3】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.开始时玻璃砖的位置如图 S15-6 中实线所示
8、，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 缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察 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.请用你的测量值表示出折射率：_.图 S15-6解析：由题意可知，当玻璃砖转过某一角度时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到 P1、P2 的像，画出如图 D110答案：玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度n 1sin 图 D110所示的光路图可知，当转过角度时有n.1sin 考向 2 数据处理的创新使入射光线的入射
9、角一定，根据不同位置折射角的大小，由折射率的定义式算出折射率的大小.【典题 4】学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图S15-7 所示.在一圆盘上，过其圆心 O 作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径 OA 上，垂直盘面插下两枚大头针 P1、P2，并保持P1、P2 位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径 BC 相平，EF 作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察 P1、P2 的像，并在圆周上插上大头针P3，使 P3 正好挡住 P1、P2 的像.同学们通过计算，预先在圆周EC 部分刻好了折射率的值，这样只要根据 P3 所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：图 S15-7(1)若AOF30，OP3 与 OC 的夹角为 30，则 P3 处所对应的折射率的值为_.(2)图中 P3、P4 两位置_处所对应的折射率值大.(3)作 AO 的延长线交圆周于 K，K 处所对应的折射率值应为_.(2)图中 P4 对应的入射角大于 P3 所对应的入射角，所以 P4对应的折射率大.(3)因 A、O、K 在一条直线上，入射角等于折射角，所以 K处对应的折射率为 1.答案：(1)(2)P4(3)1解析：(1)根据折射定律 nsin 1sin 2，题中 160，2AOF30，所以 nsin 60sin 30 3.3