实验测定玻璃的折射率

1、测定玻璃的折射率（课时分配：1课时）基础知识梳理：一、实验目的：_。二、实验原理本实验是利用“插针法”来确定光路。具体的讲是，用“插针法”来确定两个界面的入射光线和出射光线，如图中和，由入射光线与界面交于图中o点即入射点，出射光线与界面交于图中点即为出射点，连接即是光在玻璃砖内的折射线，过o点作出法线，用量角器量出入射角和折射角，如图所示，利用_，求出n三、实验器材玻璃砖，白纸，木板，大头针，图钉，量角器，三角板，铅笔。图实1四、实验步骤： 1.将白纸用图钉按在绘图板上. 2.在白纸上画出一条直线作为界面(线)，过上的一点画出界面的法线，并画一条线段作为入射光线. 3.把长方形玻璃砖放在白纸上

2、，使它的长边跟对齐，画出玻璃砖的另一边. 4.在直线上竖直插上两枚大头针、，透过玻璃砖观察大头针、的像，调整视线方向，直到档住的像.再在观察的这一侧插两枚大头针、，使档住、的像，档住及、的像，记下、的位置. 5 .移去大头针和玻璃砖，过、所在处作直线，与交于，直线就代表了沿方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向. 6.连接，入射角，折射角 .用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中.7.用上述方法分别求出入射角分别为300、450、600时的折射角，查出它们的正弦值，填人表格中. 8.算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即

3、为玻璃砖折射率的测量值.五、注意事项： 1.实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且和之间、与点之间、与之间、与之间距离要稍大一些.2.入射角应适当大一些，以减小测量角度的误差.但入射角不宜太大，也不宜太小.3.在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面.更不能用玻璃砖界面代替直尺画界线.4.在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变.5.玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上.若宽度太小，则测量误差较大.六、其他数据处理方法此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代人中求玻璃的折射率.除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：1. 在找到人射光线和折射光线以

4、后，以入射点为圆心，以任意长为半径画圆，分别与交于点，与(或的延长线)交于点，过、两点分别向作垂线，交于、 ，用直尺量出和的长.如图2所示.图实2 由于， 而co=do，所以折射率重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值. 2.根据折射定律可得 因此有 在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以值为横坐标，以值为纵坐标建立直角坐标系.如图实3所示.图实3描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线. 求解图线斜率，设斜率为，则. 故玻璃的折射率七、误差来源及分析1.确定入射光线和出射光线时存在误差.2.测量入射角和折射角时存在测量误差.考点例析：

5、考点一实验原理、步骤考点解读此实验是通过测量入射角和折射角，再代人中求玻璃的折射率。入射角和折射角的正弦值,可以查数学用表找到，也可以通过直角三角形，通过测量边长求得。例1 用三棱镜测定玻璃折射率的实验中，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针p1和p2.然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使p1的像被p2挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针p3和p4，使p3挡住p1、p2的像，p4挡住p3和p1、p2的像.在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示。 (1)在本题的图实4上画出所需的光路；(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_和_，在图上标出它们；(

6、3)计算折射率的公式是n=_。 图实4跟踪训练1(2010福建理综19(1)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，作出的光路图及测出的相关角度如图2所示此玻璃的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示)；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”)的玻璃砖来测量考点二实验中的误差分析考点解读要分析误差的大小，关键要分析误差的来源。弄清在测量过程中，入射角和折射角的测量是偏大了还是偏小了。例2在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中： (1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa和bb后，不自觉地碰

7、了玻璃砖使它向aa方向平移了少许，如图3-84所示。则他测出的折射率值将_(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)； (2)乙同学在画界面时，不自觉地将两界面aa、bb间距画得比玻璃砖宽度 大些，如图3-85所示，则他测得折射率_(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。 跟踪训练2某同学用插针法测定玻璃砖的折射率，他的实验方法和操作步骤正确无误。但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa与bb不平行，如图3-83所示。则： ap1p2与p3p4两条直线平行 bp1p2与p3p4两条直线不平行 c他测出的折射率偏大 d他测出的折射率不受影响 方法点拨无论测量任何介质的折射率实

8、验原理都是相通的，即找到入射角和折射角，运用求得即可。例3 如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，请填写下述实验步骤中的空白(1)用_测出广口瓶瓶口内径d.(2)在瓶内装满水(3)将刻度尺沿瓶口边缘_插入水中(4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即图中a点)，同时看到水面上b点刻度的像b恰与a点的像相重合(5)若水面恰与直尺的c点相平，读出_和_的长度(6)由题中所给条件，可以计算水的折射率为n_ _.解析：本题为测材料折射率的变式题，运用光的反射和折射所成虚像的重合，巧妙地求出材料的折射率由光路图知：sin1sin2.结论便不难得出随堂训练：1在用插针

9、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”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_2在用插针法测定玻璃的折射率的实验中，某同学操作步骤如下：用图钉将记录光路的白纸固定在平板上；手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上；用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa和bb；在aa上选择一点o，作为不同入射角

10、的入射光线的共同入射点，画出入射角1分别为0、30、45的入射光线；用“插针法”分别得到各条入射光线的出射光线，观察时着重看大头针针帽是否在一条直线上，取下玻璃砖、大头针，连接各针孔，发现所画折射光线中有两条相交，量出各个折射角2；按公式分别计算，取三个值的算术平均值(1)以上步骤中有错误或不妥之处的是_；(2)应改正为_.3.某同学由于没有量角器，他在完成了光路图以后，以o点为圆心，10.00cm长为半径画圆，分别交线段oa于a点，交o、o连线延长线于c点。过a点作法线nn的垂线ab交nn于b点，过c点作法线nn的垂线cd交于nn于d点，如图所示，用刻度尺量得ob=8.00cm，cd=4.0

11、0cm。由此可得出玻璃的折射率n=_。 课后巩固练习一、选择题1关于“测定玻璃折射率”的实验中，下列说法中不正确的是()a有一组入射角(10)和折射角，便可以得出玻璃的折射率b在本实验中采用玻璃砖，这是因为只有玻璃砖才能测出玻璃的折射率c本实验的各项步骤，都是为了找到给定的入射角的折射角而设计的d棱镜、半圆形玻璃砖等都可以用来测定玻璃的折射率2如图6所示，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下各说法中正确的是()图6ap1、p2及p3、p4之间的距离适当大些，可以提高准确度bp1、p2及p3、p4之间的距离取得小些，可以提高准确度c入射角1适当大些，可以提高准确度d入射角太大，折射光线会在玻璃砖

12、的内表面发生全反射，使实验无法进行二、非选择题3在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，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为界面画光路图则图7甲同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)丙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”“偏小”或“不变”)来源:zxxk.com4.图8如图8所示为用某种透光物质制成的直角三棱镜abc；在垂直ac面的直线mn上插两枚大头针p1、p2

13、，在ab面的左侧透过棱镜观察大头针p1、p2的像，调整视线方向，直到p1的像_，再在观察的这一侧先后插入两枚大头针p3、p4，使p3_、p4_，记下p3、p4的位置，移去大头针和三棱镜，过p3、p4作直线与ab相交于d，量出该直线与ab面的夹角为45，则该透光物质的折射率n为_，并在图中正确的画出完整的光路图5如图9所示，画有直角坐标系xoy的白纸位于水平桌面上m是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与x轴重合oa是画在纸上的直线，p1、p2为竖直地插在直线oa上的两枚大头针，p3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，是直线oa与y轴正方向的夹角，是直线op3与y轴负方向的夹角只要

14、直线oa画得合适，且p3的位置取得正确，测出角和，便可求得玻璃的折射率某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线oa上竖直地插上了p1、p2两枚大头针，但在y0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到p1、p2的像，他应采取的措施是_若他已透过玻璃砖看到p1、p2的像，确定p3位置的方法是_若他已正确地测得了、的值，则玻璃的折射率n_.图96在一次测定玻璃的图10折射率的实验中，采用了如下方法：将一块半圆形玻璃砖放在水平面上(如图10所示)，用一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心o，以o为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过角时，观察者在玻璃砖平面一侧恰好看不到出射光

15、线，这样就可以知道该玻璃砖的折射率n的大小，那么上述测定方法主要是利用了_的原理，该玻璃的折射率n_.7学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图11所示，在一个圆盘上，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、p2，并保持p1、p2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、p2的像，并在圆周上插上大头针p3，使p3正好挡住p1、p2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

16、置，就可直接读出液体折射率的值则：图11(1)若aof30，op3与oc的夹角为30，则p3处所对应的折射率的值为_(2)图中p3、p4两位置哪一处所对应的折射率值大？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_8(2011哈尔滨第二次模拟)如图12所示，某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖的折射率，oa是画在纸上的直线，他在直线oa适当位置先后竖直插上p1、p2两枚大头针，如图放上玻璃砖(如粗黑线所示，o为玻璃砖的圆心)，然后插上p3、p4大头针图12(1)其中他确定p3大头针位置的方法应当是_.(2)若该同学实验操作规范准确，其记录的情况如图所示该同学移去玻璃砖，用圆

17、规做了一个以o为圆心，半径与玻璃砖相同的圆(如图中虚线所示)请你根据图中坐标纸的数据算出玻璃砖的折射率n_(保留两位有效数字)9.如图13所示，图13在一盛满水的大玻璃缸下面放一能发出红光的小灯泡，在水面上观察，可以看到一圆形发光面，测出发光面的直径d及水的深度h，则(1)该红光在水中的折射率是多少？(2)如果把小灯泡换成能发射紫光的小灯泡，圆形发光面的直径d将如何变化？参考答案基础知识梳理：一、测定玻璃的折射率二、考点例析：例1(1)如图实14-5所示，画出通过p1和p2、p3和p4的光线，分别与ac、ab边交于o、o点，连结oo。(2)过o点作ac的法线，标明入射角1和折射角2，并画出虚线

18、部分，测出入射角1和折射角2(或线段ef、oe、gh、og的长度)。图实14-5(3)n=(或n=/=，若作图时取og=oe，则n=，可以简化计算)。跟踪训练1大析据题意可知入射角为(901)，折射角为(902)，则玻璃的折射率为n；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例2解析： (1)如图3-86所示，甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角、折射角没有受到影响，因此测得的折射率将不变。 (2)如图3-87所示，乙同学利用插针法确定人射光线、折射光线后，测得的入射角不受影响，但

19、测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小。跟踪训练2答案：b、d 解析：如图3-83所示在光线由绷面进入玻璃砖的偏折现象中：由折射定律 在光线由bb射出玻璃砖的现象中，同理 若aa与bb平行，则i=，因此=。此时入射光线ao与出射光线ob平行。 若aa与bb不平行，则i，因此。此时入射光线ao与出射光线ob不平行。选项b正确。 在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值应不受aa与bb是否平行的影响，选项d正确。 例3 答案：(1)刻度尺(3)竖直(5)acab(6) 随堂训练：1. 解析：用图测定折射率时，玻璃中折射光线偏折大了，所以

20、折射角增大，折射率减小；用图测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图测折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可大、可小、可不变答案：(1)偏小(2)不变(3)可能偏大、可能偏小、可能不变2. 解析：(1)有错误或不妥之处的是.(2)中应先画出一条直线，把玻璃砖的一边与其重合，再使直尺与玻璃砖的界面对齐，移开玻璃砖后再画边界线；中入射角要取0以外的三组数据；中大头针要竖直插牢，观察时看针脚是否在同一条直线上答案：见解析3答案：1.50课后巩固练习：1b2ac因为实验中的入射光线和折射光线都是通过隔着玻璃砖观察在一直线上后确定的，相互间的距离太小，容易出现偏差a正确，b错误

21、；入射角适当大些，相应的折射角也增大，折射现象较明显，容易测量些，c正确；由于光通过玻璃砖时，各相关角度是互相制约着的，在平行玻璃砖中，其出射角恒等于入射角，而对于入射的界面，光线是从光疏介质射入光密介质，折射角必小于入射角，当入射角趋于最大值90时，折射角也趋于最大值c(临界角)，而对于出射的界面，在玻璃砖内的折射光线的入射角最大值也只能为c，根据光路可逆原理，出射角最大值也趋于90，即始终能透过玻璃砖看到入射光线，d错3偏小不变可能偏大、可能偏小、可能不变解析用图测定折射率时，玻璃中折射光线偏大了，所以折射角增大，折射率减小；用图测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图测折射率时，无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可大、可小、可不变4被p2的像挡住挡住p1、p