實驗十五測定玻璃的折射率1.實驗原理如圖1所示，當光線AO以一定的入射角i穿過兩面平行的玻璃磚時，通過插針法找出跟入射光線AO對應的出射光線OB，從而求出折射光線OO和折射角r，再根據(jù)n或n計算出玻璃的折射率圖12.實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、三角板、鉛筆.3.實驗步驟(1)用圖釘把白紙固定在木板上.(2)在白紙上畫一條直線aa，并取aa上的一點O為入射點，作過O點的法線MM.(3)畫出線段AO作為入射光線，并在AO上插上P1、P2兩根大頭針.(4)在白紙上放上玻璃磚，使玻璃磚的一條長邊與直線aa對齊，并畫出另一條長邊的對齊線bb.(5)眼睛在bb的一側(cè)透過玻璃磚觀察兩個大頭針并調(diào)整視線方向，使P1的像被P2的像擋住，然后在眼睛這一側(cè)插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上P4，使P4擋住P3和P1、P2的像.(6)移去玻璃磚，拔去大頭針，由大頭針P3、P4的針孔位置確定出射光線OB及出射點O，連接O、O得線段OO.(7)用量角器測量入射角i和折射角r，并查出其正弦值sini和sinr.(8)改變?nèi)肷浣?，重復實驗，算出不同入射角時的，并取平均值.1.數(shù)據(jù)處理(1)計算法：用量角器測量入射角i和折射角r，并查出其正弦值sini和sinr算出不同入射角時的，并取平均值(2)作sinisinr圖像：改變不同的入射角i，測出不同的折射角r，作sinisinr的圖像，由n可知圖像應是過原點的直線，如圖2所示，其斜率為折射率圖2(3)“單位圓”法確定sini、sinr，計算折射率n.以入射點O為圓心，以一定的長度R為半徑畫圓，交入射光線AO于E點，交折射光線OO于E點，過E作NN的垂線EH，過E作NN的垂線EH，如圖3所示，sini，sinr，OEOER，則n.只要用刻度尺量出EH、EH的長度就可以求出n.圖32.注意事項(1)用手拿玻璃磚時，手只能接觸玻璃磚的毛面或棱，不能觸摸光潔的光學面，嚴禁把玻璃磚當尺子畫玻璃磚的另一邊bb.(2)實驗過程中，玻璃磚在紙上的位置不可移動.(3)大頭針應豎直地插在白紙上，且玻璃磚每兩枚大頭針P1與P2間、P3與P4間的距離應大一點，以減小確定光路方向時造成的誤差.(4)實驗時入射角不宜過小，否則會使測量誤差過大，也不宜過大，否則在bb一側(cè)將看不到P1、P2的像.命題點一教材原型實驗例1如圖4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(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3，圖中MN為分界線，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.圖4(1)設(shè)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表示為_.(2)該同學在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將_(選填“偏大”“偏小”或“不變”).答案(1)l1和l3(2)偏大解析(1)sini，sinr，因此玻璃磚的折射率n，因此只需測量l1和l3即可(2)玻璃磚順時針轉(zhuǎn)過一個小角度，在處理數(shù)據(jù)時，認為l1是不變的，即入射角不變，而l3減小，所以測量值n將偏大.變式1某同學利用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行.正確操作后，作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖5所示.圖5(1)此玻璃的折射率計算式為n_(用圖中的1、2表示).(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應選用寬度_(填“大”或“小”)的玻璃磚來測量.答案(1)(2)大解析(1)光線由空氣射入玻璃的入射角i901，折射角r902，由折射率的定義可得：n.(2)根據(jù)平行玻璃磚對光線的影響可知，玻璃磚寬度越大，側(cè)移量越大，折射角的測量誤差越小.變式2在用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗中，甲、乙、丙三位同學在紙上畫出的界面aa、bb與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖6、和所示，其中甲、丙兩同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚.他們的其他操作均正確，且均以aa、bb為界面畫光路圖.圖6(1)甲同學測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”).(2)乙同學測得的折射率與真實值相比_(填“偏大”“偏小”或“不變”).(3)丙同學測得的折射率與真實值相比_.答案(1)偏小(2)不變(3)可能偏大、可能偏小、可能不變解析(1)用題圖測定折射率時，測出的折射角偏大，折射率偏??；(2)用題圖測定折射率時，只要操作正確，則測得的折射率與真實值相同；(3)用題圖測定折射率時，無法確定折射光線偏折角與真實值的大小關(guān)系，所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變.變式3(2018河南省鄭州市第三次質(zhì)量預測)某同學利用“插針法”測定平行玻璃磚的折射率，在坐標紙上記錄的情況如圖7所示，虛線為以入射點O為圓心作出的圓，由此計算出玻璃磚的折射率為_，光在玻璃中的傳播速度為_m/s.(光在真空中的傳播速度為c3.0108 m/s.結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 圖7答案1.52.0108解析玻璃磚的折射率為n1.5光在玻璃中的傳播速度vm/s2.0108 m/s.命題點二實驗拓展與創(chuàng)新例2某同學測量玻璃磚的折射率，準備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚.如圖8所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個光點，讀出OA間的距離為20.00cm，AB間的距離為6.00cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d110.00cm，玻璃磚厚度d24.00cm.玻璃的折射率n_，光在玻璃中傳播速度v_m/s(光在真空中傳播速度c3.0108 m/s，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字).圖8答案1.22.5108解析作出光路圖如圖所示，根據(jù)幾何知識可得入射角i45，設(shè)折射角為r，則tanr，故折射率n1.2，故v2.5108m/s.變式4某同學用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率.開始玻璃磚的位置如圖9中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動，同時在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像.如此觀察，當玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象恰好消失.此時只需測量出_，即可計算出玻璃磚的折射率.請用你測量的量表示出折射率n_.圖9答案玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度解析玻璃磚轉(zhuǎn)動時，射在其直徑所在平面內(nèi)的光線的入射角增大，當增大到等于臨界角C時，發(fā)生全反射現(xiàn)象.因sinC，可見只要測出臨界角即可求得折射率n，而C和玻璃磚直徑繞O點轉(zhuǎn)過的角度相等，因此只要測出玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度即可.