1、实验十五 测定玻璃的折射率,第十四章 机械振动与机械波 光 电磁波与相对论,内容索引,过好双基关,命题点一 教材原型实验,命题点二 实验拓展创新,1,过好双基关,1.实验原理 如图所示，当光线AO以一定的入射角1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线OB，从而求出折射光线OO和折射角2，再根据n 或n_计算出玻璃的折射率.,2.实验器材 木板、白纸、 、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔. 3.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点的法线NN. (3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1
2、、P2两根大头针. (4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa对齐，并画出另一条长边的对齐线bb.,玻璃砖,(5)眼睛在bb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，然后在眼睛这一侧插上大头针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，拔去大头针，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sin 1和sin 2. (8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的 ，并取平均值.,1.数据处理 (1)计算法：用量角器
3、测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin 1和 sin 2.算出不同入射角时的 ，并取平均值. (2)作sin 1sin 2图象：改变不同的入射角1， 测出不同的折射角2，作sin 1sin 2的图象， 由n_可知图象应为直线，如图所示， 其斜率为 .,图2,折射率,(3)“单位圆”法确定sin 1、sin 2，计算折射率n. 以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO于E点，过E作NN的垂线EH，过E作NN的垂 线EH.如图所示， OEOER， 只要用刻度尺量出EH、EH的长度就可以求出n.,2.注意事项 (1)用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面
4、或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边bb. (2)实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动. (3)大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差. (4)实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb一侧将看不到P1、P2的像.,2,命题点一 教材原型实验,如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率.在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中M
5、N为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点.,【例1】,(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO为的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量_，则玻璃 砖的折射率可表示为_.,答案,解析,l1和l3,(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将_(选填“偏大”“偏小”或“不变”).,答案,解析,当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，在处理数据时，认为l1是不变的，即入射角不变，而l3减小，所以测量值n 将偏大.,偏大,1.某同学
6、利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行.正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图所示. (1)此玻璃的折射率计算式为 n_ (用图中的1、2表示). (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择， 为了减小误差，应选用宽度_(填“大”或“小”) 的玻璃砖来测量.,答案,解析,大,答案,2.在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中，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.,(1)甲同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小
7、”或“不变”).,偏小,答案,解析,(2)乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”).,不变,答案,解析,(3)丙同学测得的折射率与真实值相比_.,可能偏大、可能偏小、可能不变,答案,解析,3,命题点二 实验拓展创新,某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖.如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1 10.00 cm，玻璃砖厚度d24.00 cm.玻璃 的
8、折射率n_，光在玻璃中传播速度 v_ m/s(光在真空中传播速度 c3.0108 m/s，结果均保留两位有效数字).,【例2】,2.5108,1.2,答案,解析,分析,作出光路图如图所示， 根据几何知识可得入射角i45， 折射角r37，故折射率,3.某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图 所示).实验的主要过程如下： A.把白纸用图钉钉在木板上，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. C.用一束平行于纸面的激光从y0区域沿y轴负方向射向玻璃砖，并沿x轴方向调整玻璃砖的位置，使这束激光从玻璃砖底面射出后
9、，仍沿y轴负方向传播.,D.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2. E.在坐标系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，P3能同时挡住P1和P2的像. F.移开玻璃砖，连接O、P3，用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示)，此圆与AO线交点为B，与OP3线的交点为C. 确定出B点到x轴、y轴的距离分别为x1、y1，C点 到x轴、y轴的距离分别为x2、y2.,(1)若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa与Ox轴重合，而是向y0方向侧移了一些，这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比_.(选填“偏大”“不变”或“偏小”),偏大,答案,解析,(2)若实验中该同学在y
10、0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，为能透过玻璃砖看到P1、P2，应采取的措施是：_.,见解析,在y0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，说明光线AO在界面aa上发生了全反射.应该减小光线AO的入射角.,答案,解析,4.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，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.此时只需测量出_， 即可计算出
11、玻璃砖的折射率.请用你测量的量表示出折射 率n_.,答案,玻璃砖直径边绕O点转过的角度,解析,题眼,临界角,5.小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验，如图所示，他进行的主要步骤是： A.用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d. B.先把白纸固定在木板上，将玻璃砖水平放置在 白纸上，用笔描出玻璃砖的边界，将玻璃砖移走， 标出玻璃砖的圆心O、直径AB、AB的法线OC. C.将玻璃砖放回白纸的原处，长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置. D.调节激光器，使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O，并使长直尺MN的左右两侧均出现亮点，记下左侧亮点到A点的距离x1，右侧亮点到A点的距离x
12、2.则：,光路图,(1)小明利用实验数据计算此玻璃砖折射率的表达式为n_.,答案,解析,设光线在AB面上的入射角为，折射角为，,(2)关于上述实验，以下说法正确的是_. A.在BOC的范围内，改变入射光线PO的入射角，直尺MN上可能只出现一个亮点 B.左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2 C.左侧亮点到A点的距离x1一定大于右侧亮点到A点的距离x2 D.要使左侧亮点到A点的距离x1增大，应减小入射角,答案,解析,当入射角大于等于发生全反射的临界角时，只有反射没有折射，则直尺MN上只出现一个亮点，故A正确. 光从玻璃射入真空，折射角大于入射角，通过几何关系知，x1x2，故B正确，C错误. 减小入射角，则折射角减小，x1增大，故D正确.,
