1、第2節(jié)科學測量：玻璃的折射率實驗目標1.測量玻璃的折射率2.學習用插針法確定光路一、實驗原理用插針法確定光路，找出跟入射光線相對應的折射光線，用量角器測出入射角1和折射角2，根據折射定律計算出玻璃的折射率n.二、實驗器材玻璃磚、白紙、木板、大頭針四枚、圖釘四枚、量角器、刻度尺、鉛筆三、實驗步驟(1)如圖所示，將白紙用圖釘釘在平木板上；(2)在白紙上畫出一條直線aa作為界面(線)，過aa上的一點o畫出界面的法線nn，并畫一條線段ao作為入射光線；(3)把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa對齊，畫出玻璃磚的另一邊bb；(4)在直線ao上豎直插上兩枚大頭針p1、p2，透過玻璃磚觀察大頭針p1、

2、p2的像，調整視線方向直到p2的像擋住p1的像再在觀察者一側豎直插上兩枚大頭針p3、p4，使p3擋住p1、p2的像，p4擋住p3及p1、p2的像，記下p3、p4的位置；(5)移去大頭針和玻璃磚，過p3、p4所在處作直線ob與bb交于o，直線ob就代表了沿ao方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向；(6)連接oo，入射角iaon，折射角roon，用量角器量出入射角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據記錄在自己設計的表格中；(7)用上述方法分別求出入射角分別為30°、45°、60°時的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中四、數(shù)據處理方法一：平均值法求出在

3、幾次實驗中所測的平均值，即為玻璃磚的折射率方法二：圖像法在幾次改變入射角、對應的入射角和折射角正弦值的基礎上，以sin i值為橫坐標、以sin r值為縱坐標，建立直角坐標系，如圖所示描數(shù)據點，過數(shù)據點連線得一條過原點的直線求解圖線斜率k，則k，故玻璃磚折射率n.方法三：作圖法在找到入射光線和折射光線以后，以入射點o為圓心，以任意長為半徑畫圓，分別與ao交于c點，與oe(或oe的延長線)交于d點，過c、d兩點分別向nn作垂線，交nn于c、d，用直尺量出cc和dd的長，如圖所示由于sin i，sin r，而codo，所以折射率n1.五、注意事項(1)實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且大頭針之間

4、及大頭針與光線轉折點之間的距離要稍大一些(2)入射角1應適當大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大(3)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面，更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線(4)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變(5)玻璃磚應選用寬度較大的，宜在5 cm以上若寬度太小，則測量誤差較大六、實驗誤差(1)入射光線和出射光線畫得不夠精確因此，要求插大頭針時兩大頭針間距應稍大(2)入射角、折射角測量不精確為減小測角時的相對誤差，入射角要稍大些，但不宜太大，入射角太大時，反射光較強，折射光會相對較弱【例1】如圖所示，關于“測定玻璃的折射率”的實驗，回答以下問題(1)請證明圖中的入射光線和

5、射出玻璃磚的光線是平行的；(2)為減小實驗誤差，入射角大一些好還是小一些好？解析(1)如圖所示，證明：n，而r1i2所以i1r2，所以入射光線平行于出射光線(2)大一些好這樣測量的誤差會小些，可以減小實驗誤差答案見解析【例2】小顯和小濤同學“用插針法測玻璃棱鏡的折射率”甲乙(1)小顯同學按實驗步驟，先在紙上插下二枚大頭針p1、p2，然后在玻璃棱鏡的另一側插下另外二枚大頭針，如圖甲所示則插針一定錯誤的是_(選填“p3p4”或“p5p6”)，按實驗要求完成光路圖，并標出相應的符號，所測出的玻璃棱鏡的折射率n_.(2)小濤同學突發(fā)奇想，用兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡abc來做實驗，兩者的ac面是平行放置

6、的，如圖乙所示插針p1、p2的連線垂直于ab面，若操作正確的話，則在圖乙中右邊的插針應該是_(選填“p3p4”、“p3p6”、“p5p4”、“p5p6”)解析(1)光線經三棱鏡折射后應該偏向底邊，故插針一定錯誤的是“p5p6”；光路如圖；根據光的折射定律： n.(2)根據光路圖可知，經過p1p2的光線經兩塊玻璃磚的分界處后向下偏，然后射入右側玻璃磚后平行射出，則圖乙中右邊的插針應該是p5p6.答案見解析1小張用“插針法”測定玻璃的折射率玻璃磚有4個光學面a、b、c、d，如圖所示，其中a、c兩面相互平行，實驗中該同學對入射面和出射面的認識正確的是()a只能選用a、c兩面b可以選用a、b兩面c不能

7、選用b、d兩面d不能選用a、d兩面b應用插針法測玻璃的折射率實驗時，在玻璃磚的一側豎直插上兩枚大頭針p1、p2，透過玻璃磚觀察大頭針p1、p2的像，調整視線方向，直到p2擋住p1的像；再在觀察的這一側插兩枚大頭針p3、p4，使p3擋住p1、p2的像，p4擋住p3及p1、p2的像，記下p3、p4的位置，由圖所示玻璃磚可知，實驗時可以用a、c兩面、或用a、b兩面、或用a、d兩面、或用b、d兩面進行實驗，故b項正確，a、c、d錯誤2某同學通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n.如圖甲所示，o是圓心，mn是法線，ao、bo分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑該同學測得多組入射角i和折射角r，作

8、出sin isin r圖像如圖乙所示則()甲乙a光由a經o到b，n1.5b光由b經o到a，n1.5c光由a經o到b，n0.67d光由b經o到a，n0.67b由圖線可知，可得n1.5；因i是入射角，r是折射角，折射角大于入射角，故光由b經o到a，故選b.3.某同學由于沒有量角器，他在完成了光路圖后，以o點為圓心，10 cm為半徑畫圓，分別交線段oa于a點，交線段oo的延長線于c點，過a點作法線nn的垂線ab交nn于b點，過c點作法線nn的垂線cd交nn于d點，如圖所示用刻度尺量得ob8 cm，cd4 cm，由此可得出玻璃的折射率n_.解析由圖可知sinaob，sindoc，oaocr，根據n知，

9、n1.5.答案1.54在“測定玻璃折射率”的實驗中，某同學經正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示(1)在圖乙中畫出完整的光路圖；甲乙(2)對你畫出的光路圖進行測量和計算，求得該玻璃磚的折射率n_(保留3位有效數(shù)字)解析(1)分別連接玻璃磚兩側的大頭針所在的點，并延長與玻璃磚邊分別相交，標出傳播方向，然后連接玻璃磚邊界的兩交點，即為光線在玻璃磚中傳播的方向光路如圖所示(2)設方格紙上正方形的邊長為1，光線的入射角為i，折射角為r，則sin i0.798，sin r0.521所以玻璃的折射率n1.53.答案(1)見解析(2)1.53(說明：±0.03范圍內都可)5某小組做測定玻璃的折射率

10、實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙(1)下列哪些措施能夠提高實驗準確程度_a選用兩光學表面間距大的玻璃磚b選用兩光學表面平行的玻璃磚c選用粗的大頭針完成實驗d插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實驗操作正確的是_abcd(3)該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點o為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于a、b點，再過a、b點作法線nn的垂線，垂足分別為c、d點，如圖所示，則玻璃的折射率n_.(用圖中線段的字母表示)解析(1)采用插針法測定玻璃的折

11、射率的時候，應選定光學表面間距大一些的玻璃磚，這樣光路圖會更加清晰，減小誤差，同時玻璃磚同側的兩枚大頭針的距離盡量大一些，保證光線的直線度，因此a、d正確；光學表面是否平行不影響該實驗的準確度，因此b錯誤；應選用細一點的大頭針，因此c錯誤(2)根據光的折射定律可知，當選用平行的玻璃磚時出射光和入射光應是平行光，又因發(fā)生了折射因此出射光的出射點應相比入射光的延長線向左平移，因此d正確，a、b、c錯誤(3)由折射定律可知折射率n，sinaoc，sinbod，聯(lián)立解得n.答案(1)ad(2)d(3)6如圖所示，某同學用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針p1、p2確定入射光線，并讓入射光線過圓心o，在玻璃磚(圖中實線部分)另一側垂直紙面插大頭針p3，使p3擋住p1、p2的像，連接op3，圖中mn為分界面，虛線半圓與玻璃磚對稱，b、c分別是入射光線、折射光線與圓的交點，ab、cd均垂直于法線并分別交法線于a、d點(1)設ab的長度為l1，ao的長度為l2，cd的長度為l3，do的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量_，則玻璃磚的折射率可