第3講　實驗：測量玻璃的折射率

三、實驗器材白紙、圖釘、大頭針、直尺、鉛筆、量角器、平木板、長方形玻璃磚。四、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，作出過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、P2兩個大頭針。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O′B及出射點O′，連接O、O′得線段OO′。六、注意事項1．玻璃磚要用厚度較大的。2．入射角不宜過大或過小，一般控制在30°到60°之間。3．大頭針要豎直插在白紙上，且距離應(yīng)適當(dāng)大一些。4．玻璃磚的折射面要畫準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線。七、誤差分析1．入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性造成誤差，故入射側(cè)、出射側(cè)所插兩枚大頭針間距應(yīng)大一些。2．入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測量的相對誤差。一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(一)實驗原理與操作1．某小組做測定玻璃的折射率實驗，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(zhǔn)確程度________。A．選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學(xué)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(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下圖所示，其中實驗操作正確的是________。(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)2．某同學(xué)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)角度如圖所示。(1)此玻璃的折射率計算式為n＝________(用圖中的θ1、θ2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(yīng)選用寬度________(填“大”或“小”)的玻璃磚來測量?？疾辄c(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析3.如圖所示，某同學(xué)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。(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(xué)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”)。4．做測量玻璃折射率實驗時，同學(xué)們被分成若干實驗小組，以下是其中兩個實驗小組的實驗情況：(1)甲組同學(xué)在實驗時，用他們測得的多組入射角i與折射角r作出sini-sinr圖像如圖甲所示，則下列判定正確的是________。A．光線是從空氣射入玻璃的B．該玻璃的折射率約為0.67C．該玻璃的折射率約為1.5D．該玻璃置于空氣中時臨界角為45°(2)乙組同學(xué)先畫出圖乙所示的坐標(biāo)系，再在y＜0區(qū)域放入某介質(zhì)(以x軸為界面)，并通過實驗分別標(biāo)記了折射光線、入射光線、反射光線通過的一個點，它們的坐標(biāo)分別為A(8cm,3cm)、B(1cm，－4cm)、C(7cm，－4cm)，則：①入射點O′(圖中未標(biāo)出)的坐標(biāo)為__________；②通過圖中數(shù)據(jù)可以求得該介質(zhì)的折射率n＝__________。二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實驗器材、數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新1.如圖甲所示，在測量玻璃折射率的實驗中，兩位同學(xué)先在白紙上放好截面是正三角形ABC的三棱鏡，并確定AB和AC界面的位置。然后在棱鏡的左側(cè)畫出一條直線，并在線上豎直插上兩枚大頭針P1和P2，再從棱鏡的右側(cè)觀察P1和P2的像。(1)此后正確的操作步驟是________。A．插上大頭針P3，使P3擋住P2的像B．插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像C．插上大頭針P4，使P4擋住P3的像D．插上大頭針P4，使P4擋住P1、P2的像和P3(2)正確完成上述操作后，在紙上標(biāo)出大頭針P3、P4的位置(圖中已標(biāo)出)。為測量該種玻璃的折射率，兩位同學(xué)分別用圓規(guī)及刻度尺作出了完整光路和若干條輔助線，如圖乙、丙所示。能夠僅通過測量ED、FG的長度便可正確計算出折射率的是圖________(選填“乙”或“丙”)，所測玻璃折射率的表達(dá)式n＝________(用代表線段長度的字母ED、FG表示)。創(chuàng)新角度(二)實驗方法的創(chuàng)新2.某同學(xué)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(dāng)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＝________。創(chuàng)新角度(三)實驗原理的創(chuàng)新3.某同學(xué)測量玻璃磚的折射率，準(zhǔn)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O、A間的距離為20.00cm，A、B間的距離為6.00cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表