第2課時實驗：測量玻璃的折射率第四章

光1．光的折射[實驗?zāi)繕薦

1．知道測量玻璃的折射率的原理、方法和步驟。2．會確定入射光線、折射光線、入射角及折射角。3．學會用不同方法計算玻璃的折射率。必備知識·自主預習儲備探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達成類型一實驗原理與操作【典例1】如圖1所示，某同學在“測量玻璃的折射率”的實驗中，先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面aa′和bb′。O為直線AO與aa′的交點。在直線AO上豎直地插上P1、P2兩枚大頭針。(1)該同學接下來要完成的必要步驟有________。A．插上大頭針P3，使P3僅擋住P2的像B．插上大頭針P3，使P3擋住P1的像和P2的像C．插上大頭針P4，使P4僅擋住P3D．插上大頭針P4，使P4擋住P3和P1、P2的像(2)過P3、P4作直線交bb′于O′，過O′作垂直于bb′的直線NN′，連接OO′，測量圖中角α和β的大小，則玻璃磚的折射率n＝________。BD

(3)如圖2所示，該同學在實驗中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬，若其他操作正確，則折射率的測量值__________(選填“大于”“小于”或“等于”)準確值。(4)該同學準確的畫好玻璃磚界面aa′和bb′后，實驗過程中不慎將玻璃磚向下平移了一些，如圖3所示，若其他操作正確，則折射率的測量值________(選填“大于”“小于”或“等于”)準確值。小于等于

(4)如圖所示，實線表示將玻璃磚向下平移后實際的光路圖，而虛線是作圖時所采用的光路圖，通過比較發(fā)現(xiàn)，入射角和折射角均沒有變化，則由折射定律可知，折射率的測量值等于準確值。[拓展]

“測量玻璃的折射率”實驗中，也可以用三棱鏡、半圓形玻璃磚等進行測量。實驗中只要利用“插針法”定出入射光線和出射光線，其與界面的交點就是入射點和出射點，連接入射點和出射點就能作出折射光線，一樣可以測出折射率。光路圖如圖所示。類型二數(shù)據(jù)處理與分析【典例2】某小組做測量玻璃的折射率實驗，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(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些AD(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圖所示，其中實驗操作正確的是________。A

B

C

DD(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)為了減小實驗誤差，選用的玻璃磚前后表面間距應(yīng)盡量大些，即使玻璃磚內(nèi)的折射光線盡量長些，A正確；測量折射率時，只需找出入射光線的折射光線，因此玻璃磚的兩光學表面可以不平行，B錯誤；為了減小實驗誤差應(yīng)選用較細的大頭針完成實驗，C錯誤；兩枚大頭針之間的距離應(yīng)盡量大些，描繪出的光線誤差會較小些，D正確。

類型三創(chuàng)新實驗設(shè)計【典例3】某同學設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器，如圖所示。在一個圓形木盤上過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上垂直圓盤面插下兩枚大頭針P1、P2，并保持P1、P2的位置不變，每次測量時，讓圓盤的BFC部分豎直浸入液體中，而且使液面與直徑BC相平，EF為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像。同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值。這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值。(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應(yīng)的折射率的值為________。(2)圖中P3、P4兩位置哪一處所對應(yīng)的折射率值大？________。(3)作AO的延長線交圓周于K，K處所對應(yīng)的折射率的值應(yīng)為______。

應(yīng)用遷移·隨堂評估自測1．在測量玻璃的折射率實驗中：(1)如圖甲所示為實驗使用的長方體玻璃磚，實驗時不能用手直接接觸玻璃磚的________(選填“磨砂面”或“光學面”)。243題號1光學面(2)一實驗小組按實驗要求繪出的長方體玻璃磚界面和四個針孔a、b、c、d的位置如圖乙所示，圖中的ab表示入射光線，θ1為入射角，請描出折射光線的徑跡并標出對應(yīng)的折射角θ2。243題號1[解析]

(1)玻璃磚的光學面不能用手直接接觸，否則接觸面的污漬會影響接觸面的平整，進而影響折射率的測定。(2)連接dc并延長至玻璃磚的下光學面與白紙的交線，交點為出射點，入射點與出射點的連線即為折射光線，折射角θ2如圖所示。243題號1[答案]

(2)見解析圖2．在“測定玻璃的折射率”的實驗中：(1)小朱同學在實驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的實驗器材，他認為除了缺刻度尺還少了一種器材，請你寫出所缺器材的名稱：________。老師將器材配齊后，他進行實驗，圖乙是他在操作過程中的一個狀態(tài)，請你指出第四枚大頭針應(yīng)在圖乙中的位置________(選填“A”“B”或“C”)。

23題號14大頭針B(2)小朱利用方格坐標紙測定玻璃的折射率，如圖丙所示，AO是畫在紙上的直線，他在直線AO適當位置豎直插上P1、P2兩枚大頭針，放上半圓形玻璃磚，使其圓心與O重合，然后插上P3、P4兩枚大頭針，以確定折射光線。其中他確定P3大頭針位置的方法應(yīng)當是_________。操作完成后，他用圓規(guī)作了一個以O(shè)為圓心、半徑與玻璃磚半徑相同的半圓(如圖丙中虛線所示)，則他測出玻璃磚的折射率n＝________。23題號14見解析1.5[解析]

(1)還缺少大頭針；依據(jù)光的折射定律，及玻璃磚上下表面平行，那么出射光線與入射光線相互平行，因此第四枚大頭針應(yīng)在題圖乙中的位置B處，如圖所示。23題號14

23題號14(2)確定P3大頭針位置的方法：透過玻璃磚看，P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像；3．現(xiàn)要估測一矩形玻璃磚的折射率n，給定的器材有：待測玻璃磚、白紙、鉛筆、大頭針1枚、直尺、直角三角板。實驗時，先將直尺的一端O和另一點M標上明顯的標記，再將玻璃磚平放在白紙上，沿其兩個長邊在白紙上畫出兩條直線AB、CD，再將直尺正面緊貼玻璃磚的左邊緣放置，使O點與直線CD相交，并在白紙上記下點O、M的位置，如圖所示。然后在右上方通過AB所在界面向左下方觀察，調(diào)整視線方向，直到O點的像與M點的像重合，再在AB直線上插上大頭針，使大頭針擋住M、O的像，記下大頭針P點的位置。

23題號41(1)請在原圖上作出光路圖。(2)計算玻璃磚的折射率的表達式為：n＝________(用字母P和圖中已知線段字母表示)。23題號41

[解析]

(1)調(diào)整視線方向，當O點的像和M點的像重合時，從O點發(fā)出的光線經(jīng)AB面折射后與從M點發(fā)出的光線經(jīng)AB面反射后重合。在觀察的一側(cè)插上大頭針，使大頭針擋住M、O的像，則大頭針的位置為折射光線射出玻璃磚的點和從M點發(fā)出的光線在AB面上的反射點，如圖所示。23題號41

[答案]

(1)見解析圖4．用圓弧狀玻璃磚做測量玻璃折射率的實驗時，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P