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1、实验十四测定玻璃的折射率考纲解读 1.学会用插针法确定光路.2.会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率基本实验要求1实验原理如实验原理图甲所示，当光线 AO1 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 AO1 对应的出射光线 O2B，从而求出折射光线 O1O2 和折射角 2，再根据n 或 n 算出玻璃的折射率sin 1sin 2 PNQN2实验器材木板、白纸、玻璃砖、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
2、，并在 AO 上插上 P1、P 2 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.(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、P 2 的像，再插上 P4，使 P4 挡住 P3和 P1、P 2 的像(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针 P3、P 4 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
3、，算出不同入射角时的 ，并取平均值sin 1sin 2规律方法总结1数据处理(1)计算法：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.算出不同入射角时的 ，并取平均值sin 1sin 2(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 图象，由 n 可知图象应为直线，如实验原理图乙所示，其斜率为折射率sin 1sin 2(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
4、 NN的垂线 EH，过 E作 NN的垂线 EH .如实验原理图丙所示，sin 1 ，sin 2 ，OEOE R，则 n .只要用刻度尺量EHOE E HOE sin 1sin 2 EHE H出 EH、E H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、P 3 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
5、则在 bb一侧将看不到 P1、P 2 的像考点一实验原理与操作例 1 (2012江苏12B(2)“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针 A、B，在另一侧再竖直插两个大头针 C、D.在插入第四个大头针 D 时，要使它_图 1 是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线 a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边根据该图可算得玻璃的折射率 n_.(计算结果保留两位有效数字)图 1解析 确定出射光线时应使 D 挡住 C 和 A、B 的像，作 图如 图所示，以 O 为圆心，OO为半径作圆交 AB 于 E 点，过 E 作 a 的平行线交法线于 F，根据 n 得 n ，测量 EF 和sin isin r
6、 EFO POP 长度得 n1.8(1.61.9 均正确，方法亦有多种 )答案挡住 C 及 A、B 的像1.8(1.6 1.9 都算对)变式题组1实验操作某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图 2 所示)实验的主要过程如下：图 2A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，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、P 2.
7、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，P 3能同时挡住 P1 和 P2 的像F移开玻璃砖，连接 O、P 3，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、y 1，C 点到 x轴、y 轴的距离分别为 x2、y 2.(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”)(2)若实验中该同学在 y0 的区域内，从任何角度都无法透
8、过玻璃砖看到 P1、P 2，为能透过玻璃砖看到 P1、P 2，应采取的措施是： _答案见解析解析(1)折射率 n ，玻璃砖的底边 aa与 Ox 轴未重合而向 y0 方向侧移了一些， 导致x2x1测量的 x2 偏大， x1 偏小，所以玻璃的折射率的 测量值与真实值相比偏大；(2)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2实验操作某同学用大头针、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 3 中实线所示，使大头针 P1、P 2 与圆心 O 在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然
9、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、P 2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量表示出折射率_图 3答案玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度 n1sin 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，作出如图所示的光路图可知，当 转过角度 时有 n .1sin 考点二数据处理与误差分析例 2 在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了 4 枚大头针，如图 4 所示图 4(1)在图 5 中画出完整的光路
10、图：图 5(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率 n_( 保留 3 位有效数字)(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了 8枚大头针，如图 6 所示图中 P1 和 P2 是同一入射光线上的 2 枚大头针，其对应出射光线上的 2 枚大头针是 P3 和_( 填“A”或“B”)图 6解析 (1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的 传播路径光路图如图所示(2)设方格纸上小正方形的边长为 1，光线的入射角为 1，折射角为 2，则 sin 1 0.798，s
11、in 2 0.521，所以该玻璃砖的折射率5.35.32 42 2.22.22 3.62n 1.53.sin 1sin 2 0.7980.521(3)由题图可知，光线 P1P2 入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光 线过 P3 和 A.答案(1)见解析图(2)1.53(说明：0.03 范围内都可)(3)A变式题组3误差分析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 7、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
12、光路图图 7(1)甲同学测得的折射率与真实值相比_( 填“偏大” “偏小”或“不变”)(2)乙同学测得的折射率与真实值相比_( 填“偏大” “偏小”或“不变”)(3)丙同学测得的折射率与真实值相比_答案(1)偏小(2) 不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变解析(1)用图测定折射率时，玻璃中折射光线偏折大了，所以折射角增大，折射率变小；(2)用图测定折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；(3) 用图测定折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测 得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不 变4数据处理和误差分析某同学利用“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
13、测出的相关角度如图 8 所示图 8(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(1) (2)大cos 1cos 2或 sin 90 1sin 90 2解析 (1)据题意可知入射角为 90 1，折射角 为 90 2，则玻璃的折射率为 n .sin 90 1sin 90 2 cos 1cos 2(2)玻璃砖越宽，光 线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确故应选用宽度大的玻璃砖来测量考点三实验拓展与创新例 3 学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学
14、的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图 9 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、P 2，并保持 P1、P 2 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、P 2 的像，并在圆周上插上大头针 P3，使 P3 正好挡住P1、P 2 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 9(1)若AOF30，OP 3 与 OC 的夹角为 30，则 P3 处所对应的折射率的值为_(2)图中 P3、P 4 两位置哪一处所对应的折射率的值大？答：_.(3)作 AO 的延长线交圆周于 K，K 处所对应的折射率值应为_解析(1)根据折射定律 n ，题中 160 ，2AOF30，所以 n .sin 1sin 2 sin 60sin 30 3(2)题图中 P4对应的入射角大于 P3 所对应的入射角，所以 P4对应的折射率的值大(3)因 A、O、K 在一条直 线上，入射角等于折射角，所以 K 处对应的折射率的值应为 1.答案(1) (2)P 4 处对应的折射率的值大(3)13变式题组5
