1、第2節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)會(huì)用“插針?lè)ā贝_定光路。(2)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和誤差分析。二、實(shí)驗(yàn)原理用插針?lè)ù_定光路，找出跟入射光線相對(duì)應(yīng)的出射光線，用量角器測(cè)入射角i和折射角r，根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率n。三、實(shí)驗(yàn)器材長(zhǎng)方形玻璃磚、白紙、木板、大頭針、圖釘、量角器、三角板(或直尺)、鉛筆。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)先在白紙上畫一條直線EE，代表兩種介質(zhì)的分界面；再畫出一直線段AB作為入射光線，然后畫出分界面上B處的法線NN，如圖421所示。圖421(2)把長(zhǎng)方形的玻璃磚放在白紙上，使它的一個(gè)長(zhǎng)邊與EE對(duì)齊，用直尺或三角板輕靠在玻璃磚的另一長(zhǎng)邊，按住直尺或三角板不動(dòng)。將玻

2、璃磚取下，畫出直線FF代表玻璃磚的另一邊。(3)在直線AB上豎直插上兩枚大頭針G1、G2，放回玻璃磚，然后透過(guò)玻璃磚觀察大頭針G1、G2的像，調(diào)整視線方向，直到G1的像被G2擋住。(4)在觀察的這一側(cè)豎直地插上兩枚大頭針G3和G4，用G3擋住G1、G2的像，用G4擋住G3以及G1、G2的像。(5)移去大頭針和玻璃磚，過(guò)G3、G4的插點(diǎn)畫直線CD，與FF相交于C點(diǎn)，直線CD就表示沿直線AB入射的光線透過(guò)玻璃磚后的光線，連接BC，BC就是玻璃磚內(nèi)的折射光線的路徑。(6)用量角器量出入射角i和折射角r，查出入射角和折射角的正弦值。(7)通過(guò)上面的步驟分別測(cè)出入射角是15、30、45、60、75時(shí)的折

3、射角，并查出相應(yīng)的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中。入射角i1530456075sin i折射角rsin r五、數(shù)據(jù)處理(1)計(jì)算法：把上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別由n計(jì)算出n1、n2、n3，求出平均值即為玻璃磚折射率的測(cè)量值。(2)圖像法：因sin rsin i，所以可把上面的數(shù)據(jù)以sin i值為橫坐標(biāo)、以sin r值為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，如圖422所示。描數(shù)據(jù)點(diǎn)，過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)連線得一條過(guò)原點(diǎn)的直線。求解圖線斜率，設(shè)斜率為k，則k，故玻璃磚折射率n。圖422(3)尺規(guī)法：經(jīng)過(guò)入射點(diǎn)畫出玻璃界面的法線NN，以入射點(diǎn)B為圓心，適當(dāng)長(zhǎng)度為半徑畫圓，入射光線、折射光線與圓周交于A和C，由點(diǎn)A、C向法線作

4、垂線，分別交法線NN于A、C點(diǎn)，如圖423所示。圖423測(cè)出垂線的長(zhǎng)度AA和CC。則玻璃的折射率可表示為n。六、注意事項(xiàng)(1)玻璃磚的折射面EE必須畫準(zhǔn)確，然后再確定法線。(2)操作時(shí)不能用手觸摸玻璃磚的光潔的光學(xué)面，更不能用玻璃磚代替直尺畫線，以免劃傷玻璃磚表面。(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要盡可能地將大頭針豎直地插在紙上，且G1和G2之間，G2和B之間，G3和G4之間的距離要稍大一些。要透過(guò)玻璃磚看大頭針的像，而不是看玻璃磚上面的大頭針的頭部。(4)入射角不宜太大，也不宜太小，但要適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差。(5)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚和白紙的位置不能改變。(6)玻璃磚要選寬度較大的，宜在5 cm以

5、上。七、誤差分析(1)插針過(guò)程中針的位置不恰當(dāng)導(dǎo)致畫光路圖時(shí)出現(xiàn)誤差，如兩針間的距離過(guò)小、兩針的連線取向不當(dāng)致使入射角過(guò)大或過(guò)小等。(2)畫玻璃磚兩邊線EE和FF時(shí)出現(xiàn)誤差。如兩邊線間距離比玻璃磚實(shí)際寬度偏大或偏小。(3)玻璃磚和白紙的位置移動(dòng)使入射角和折射角偏大或偏小出現(xiàn)誤差。(4)在用量角器測(cè)量入射角和折射角讀數(shù)時(shí)出現(xiàn)誤差。(5)觀察G1、G2的像，確定G3、G4位置時(shí)可能出現(xiàn)誤差。八、它案設(shè)計(jì)插針?lè)ǖ淖饔檬钦页霾ＡТu內(nèi)的光路，其關(guān)鍵是確定入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，而入射點(diǎn)和出射點(diǎn)是利用插針后確定的直線與界面直線相交而得到的，故實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是插準(zhǔn)大頭針，畫準(zhǔn)玻璃磚邊界線，而與所選玻璃磚兩邊平行與否無(wú)關(guān)

6、。如用半圓形、圓形或三角形玻璃磚，均可測(cè)出其折射率，光路如圖424所示。圖424實(shí)驗(yàn)原理與方法的考查典題例析1某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定玻璃磚的折射率，他的實(shí)驗(yàn)方法和操作步驟正確無(wú)誤，但他處理實(shí)驗(yàn)記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面aa與bb不平行，如圖425所示，則() 圖425AAO與OB兩條直線平行BAO與OB兩條直線不平行C他測(cè)出的折射率偏大D他測(cè)出的折射率不受影響解析：有題圖可知，在光線由aa面進(jìn)入玻璃磚的偏折現(xiàn)象中，由折射定律知：n。在光線由bb射出玻璃磚的現(xiàn)象中，同理n。若aa與bb平行，則i，因此r，此時(shí)入射光線AO與出射光線OB平行。若aa與bb不平行，則i，因此r。此時(shí)入射光線AO與出射光

7、線OB不平行，選項(xiàng)B正確。在具體測(cè)定折射率時(shí)，要求實(shí)驗(yàn)方法、光路均準(zhǔn)確無(wú)誤，折射率的測(cè)量值應(yīng)不受aa與bb是否平行的影響，選項(xiàng)D正確。答案：BD實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理典題例析2一塊玻璃磚有兩個(gè)相互平行的表面，其中一個(gè)表面是鍍銀的(光線不能通過(guò)此表面)?，F(xiàn)要測(cè)定此玻璃的折射率。給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針4枚(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度的直角三角板、量角器。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個(gè)相互平行的表面與紙面垂直。在紙上畫出直線aa和bb，aa表示鍍銀的玻璃表面，bb表示另一表面，如圖426所示。然后，在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2(位置如圖)。用P1、P2的連線表示入射

8、光線。圖426(1)為了測(cè)量折射率，應(yīng)如何正確使用大頭針P3、P4？試在題圖中標(biāo)出P3、P4的位置。(2)然后，移去玻璃磚與大頭針。試在題圖中通過(guò)作圖的方法標(biāo)出光線從空氣到玻璃中的入射角1與折射角2。簡(jiǎn)要寫出作圖步驟。(3)寫出用1、2表示的折射率公式。解析：(1)在bb一側(cè)觀察P1、P2(經(jīng)過(guò)bb折射aa反射，再經(jīng)bb折射后)的像，在適當(dāng)?shù)奈恢貌迳螾3，使得P3與P1、P2的像在一條直線上，即讓P3擋住P1、P2的像；再插上P4，讓它擋住P1和P2的像和P3。P3、P4的位置如圖所示。(2)過(guò)P1、P2作直線與bb交于O；過(guò)P3、P4作直線與bb交于O；利用刻度尺找到OO的中點(diǎn)M；過(guò)O點(diǎn)作b

9、b的垂線CD，過(guò)M點(diǎn)作bb的垂線與aa相交于N，如圖所示，連接ON；P1OD1，CON2。(3)n答案：見(jiàn)解析1如圖427所示，用插針?lè)y(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，以下各說(shuō)法中正確的是()圖427P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些，可以提高準(zhǔn)確度入射角1適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度P1、P2的間距和入射角的大小均與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度無(wú)關(guān)ABC D解析：選A因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的入射光線和折射光線都是通過(guò)隔著玻璃磚觀察在一直線上后確定的，相互間的距離太小，容易出現(xiàn)偏差，正確錯(cuò)誤。入射角適當(dāng)大些，相應(yīng)的折射角也增大，折射現(xiàn)象較明顯，容易測(cè)量，正確錯(cuò)誤。2(重

10、慶高考)圖428所示為光學(xué)實(shí)驗(yàn)用的長(zhǎng)方體玻璃磚，它的_面不能用手直接接觸。在用插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個(gè)針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個(gè)針孔的位置不同，分別為d、e兩點(diǎn)，如圖429所示。計(jì)算折射率時(shí)，用_(填“d”或“e”)點(diǎn)得到的值較小，用_(填“d”或“e”)點(diǎn)得到的值誤差較小。圖428圖429解析：玻璃磚的光學(xué)面不能用手直接觸摸，第一空填“光學(xué)”，計(jì)算玻璃折射率時(shí)，需將c點(diǎn)與d或e點(diǎn)連接，即為出射光線，連接d時(shí)，入射光ab的折射角更大，計(jì)算出的折射率更小，第二空填“d”，又因長(zhǎng)方體玻璃磚兩光學(xué)面平行，出射

11、光與入射光應(yīng)該平行，根據(jù)圖中d、e兩點(diǎn)的位置，用e點(diǎn)時(shí)出射光與入射光更接近于平行，誤差更小，第三空應(yīng)填“e”。答案：光學(xué)de3某同學(xué)由于沒(méi)有量角器，在完成了光路圖以后，以O(shè)點(diǎn)為圓心、10.00 cm長(zhǎng)為半徑畫圓，分別交線段OA于A點(diǎn)，交O、O連線的延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過(guò)A點(diǎn)作法線NN的垂線AB交NN于B點(diǎn)，過(guò)C點(diǎn)作法線NN的垂線CD交NN于D點(diǎn)，如圖4210所示，用刻度尺量得OB8.00 cm，CD4.00 cm，由此可得出玻璃的折射率n_。圖4210解析：折射率n，因AOOC，所以n1.5。答案：1.54某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量液體折射率的儀器。如圖4211所示，在一個(gè)圓

12、盤上，過(guò)其圓心O做兩條互相垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上 ，垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2，并保持P1、P2位置不變，每次測(cè)量時(shí)讓圓盤的下半部分豎直進(jìn)入液體中，而且總使夜面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，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(xué)們通過(guò)計(jì)算，預(yù)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，就可以直接讀出液體折射率的值。圖4211(1)在用此儀器測(cè)量液體的折射率時(shí)，下列說(shuō)法正確的是_(填字母代號(hào))。A大頭針P3插在M位置時(shí)液體的折射率值大于插在N位置時(shí)液體的折射率值B大頭針P3插在M位置時(shí)液體的折

13、射率值小于插在N位置時(shí)液體的折射率值C對(duì)于任何液體，在KC之間都能觀察到大頭針P1、P2的像D可能有一種液體，在KC之間觀察不到大頭針P1、P2的像 (2)若AOF30， OP3與OC的夾角為30 ， 則液體的折射率為_。解析：由圖P1、P2作為入射光線方向，入射角一定，大頭針P3插在M位置時(shí)折射角小于大頭針P3插在N位置時(shí)折射角，根據(jù)折射定律n，大頭針P3插在M位置時(shí)液體的折射率值小于插在N位置時(shí)液體的折射率值。故A錯(cuò)誤，B正確；可能有某種液體折射率較大，臨界角較小，光線發(fā)生全反射，不從液體射到空中，在KC部分觀察不到大頭針P1、P2的像。故C錯(cuò)誤，D正確。由圖，入射角iAOF30，折射角r

14、60，根據(jù)光線的可逆性，由折射定律得n。答案：(1)BD(2)5.由某種透明物體制成的等腰直角棱鏡AOB，兩腰都為16 cm，且兩腰與Ox和Oy軸都重合，截面如圖4212所示，從BO邊的C點(diǎn)注視A點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)A點(diǎn)的位置在D點(diǎn)，測(cè)出C點(diǎn)的坐標(biāo)(0,12)，D點(diǎn)的坐標(biāo)為(9,0)，由此可以算出該透明物質(zhì)的折射率為_。圖4212解析：由題中敘述可知，A點(diǎn)發(fā)出的光線在C點(diǎn)折射后，反向延長(zhǎng)線過(guò)D點(diǎn)，光路圖如圖所示。由圖可以求得：sin i，sin r，所以，n。答案：6.用三棱鏡做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2擋住。接著在眼睛所在的一側(cè)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，在紙上標(biāo)出大頭針位置和三棱鏡輪廓，如圖4213所示。圖4213(1)在本題的圖上畫出所需的光路。(2)為了測(cè)出棱鏡玻璃的折射率，需要測(cè)量的量是_，在圖上標(biāo)出它們。(3)