探究实验：测定玻璃折射率

1、例：斜插入水中的筷子与竖直方向例：斜插入水中的筷子与竖直方向成成4545角，由空气中向下观察，看角，由空气中向下观察，看到筷子在水中的部分与竖直方向成到筷子在水中的部分与竖直方向成的角度为的角度为，则，则( )( ) A. A.4545 B. B.4545 C.=45 C.=45 D . D .条件不足，无法判断条件不足，无法判断B B如何测量玻璃的折射率？如何测量玻璃的折射率？rinsinsin测出入射角测出入射角i测出折射角测出折射角r测出入射光线测出入射光线测出折射光线测出折射光线如何能够在自然光的条件下获如何能够在自然光的条件下获得得“一条一条”入射光线和折射光入射光线和折射光线？线？

2、并且确定它的方向？并且确定它的方向？利用光的直线传播原理，如果几个物体在同一条光线上，逆着利用光的直线传播原理，如果几个物体在同一条光线上，逆着光的传播方向看去后一个物体会挡住前一个物体发出的光线，光的传播方向看去后一个物体会挡住前一个物体发出的光线，例如平时做广播操时，把队伍排成一条直线。例如平时做广播操时，把队伍排成一条直线。如图，利用平行玻璃砖对光路的侧移，用如图，利用平行玻璃砖对光路的侧移，用插针法插针法找出找出入射光线入射光线AO对应的出射光线对应的出射光线OB,从而确定出射点从而确定出射点那那么么就是折射光线就是折射光线。插针法：利用几枚大头针插插针法：利用几枚大头针插在你所认定的

3、光的传播方向在你所认定的光的传播方向上，如果后一个大头针恰好上，如果后一个大头针恰好能挡住前一个大头针的像，能挡住前一个大头针的像，那么连接大头针插入点的方那么连接大头针插入点的方向就是光的传播方向向就是光的传播方向利用现有的材料设计实验：利用现有的材料设计实验： 实验器材：实验器材：一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针（一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针（4枚），图钉（四枚），图钉（四枚）、量角器（或圆规），刻度尺枚）、量角器（或圆规），刻度尺实验方案一：实验方案一：实验方案二：实验方案二：实验方案三：实验方案三：一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针（一块两面平行的玻璃砖，白纸

4、，木板，大头针（4枚），枚），图钉（图钉（4枚）、枚）、量角器量角器，刻度尺，刻度尺 实验步骤实验步骤一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针（一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针（4枚），枚），图钉（图钉（4枚）、枚）、圆规圆规，刻度尺，刻度尺 实验步骤实验步骤一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针（一块两面平行的玻璃砖，白纸，木板，大头针（4枚），枚），图钉（图钉（4枚）、枚）、刻度尺刻度尺 实验步骤实验步骤利用量角器量出入射角利用量角器量出入射角i和折射角和折射角r画辅助圆找出线段比从而确定画辅助圆找出线段比从而确定sini/sinr画辅助线找出线段比从而确定画辅助线找出线段比从而

5、确定sini/sinr任选一种方案进行实验并且自行设计数据处理表格任选一种方案进行实验并且自行设计数据处理表格测出玻璃砖的折射率并看看折射定律是否正确测出玻璃砖的折射率并看看折射定律是否正确器材：器材：器材：器材：器材：器材：实验方案中还有那些要注意和改进的地方：实验方案中还有那些要注意和改进的地方：1、大头针要竖直插在白纸上，观察时看针脚，玻璃砖两侧的大头大头针要竖直插在白纸上，观察时看针脚，玻璃砖两侧的大头针针间距要适当地大些间距要适当地大些，不要靠的太近，选择玻璃砖时其宽度宜大些，不要靠的太近，选择玻璃砖时其宽度宜大些，这样可减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度这样可减小确定光

6、路方向时出现的误差，提高测量的准确度。2、入射角不能太小入射角不能太小(接近零度接近零度)，也不能太大也不能太大(接近接近90) ，一般在，一般在1575间间，因为入射角太小时，折射角就更小，测量的相对，因为入射角太小时，折射角就更小，测量的相对误差增大，而入射角太大时，导致反射光太强，折射光太弱，不误差增大，而入射角太大时，导致反射光太强，折射光太弱，不易观察，很难确定易观察，很难确定P3、P4的位置。的位置。3、观察大头针的像时，玻璃砖与白纸的位置都不能改变。不能将、观察大头针的像时，玻璃砖与白纸的位置都不能改变。不能将玻璃砖当尺子画其界面，不要用手触摸光洁面，只能接触毛面和棱。玻璃砖当尺

7、子画其界面，不要用手触摸光洁面，只能接触毛面和棱。4、可以用、可以用图像法图像法求折射率减少误差求折射率减少误差: 用用sini表示纵坐标，用表示纵坐标，用sinr表示横坐标图象的斜率为表示横坐标图象的斜率为n 。5、由于要多次改变入射角的大小重复实验，所以入射光线与出射、由于要多次改变入射角的大小重复实验，所以入射光线与出射光线最好一一对应编号以免混乱。光线最好一一对应编号以免混乱。思考题一：思考题一：在利用插针法在利用插针法“测定玻璃的折射率测定玻璃的折射率”实验中：实验中：（）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面（）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa和和bb后，实验中不小心碰后，实

8、验中不小心碰了玻璃砖使它向了玻璃砖使它向aa方向平移了少许（其它操作均正确无误）。如图（方向平移了少许（其它操作均正确无误）。如图（a）所示。）所示。则他测出的折射率值将则他测出的折射率值将 （ ）aabb(a)（）乙同学在画界面时，不自觉地将两界面（）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间距画得比玻璃砖宽度大些（其它操作均正确无误），如图（些（其它操作均正确无误），如图（b）所示，则他测得折射率将）所示，则他测得折射率将 （）（）aabb(b)不变不变偏小偏小（3）丙同学在操作和作图时均无失误，但所用玻璃砖的两个界面明显不平行）丙同学在操作和作图时均无失误，但所

9、用玻璃砖的两个界面明显不平行，这时测出的，这时测出的n值将（值将（ ）无影响无影响解析：解析：（1）不变，此时玻璃砖的平移对测量结果没有影响。由下图（）不变，此时玻璃砖的平移对测量结果没有影响。由下图（甲）可看出折射角不变，入射角相同，故测得的折射率将不变。甲）可看出折射角不变，入射角相同，故测得的折射率将不变。（2）偏小。由下图（乙）可看出，实验得到的折射点向右移，）偏小。由下图（乙）可看出，实验得到的折射点向右移，所画出的折射角比实际折射角偏大，由所画出的折射角比实际折射角偏大，由n=sini/sinr知，入射角不变知，入射角不变的情况下，测得的折射率比真实值更小。的情况下，测得的折射率比

10、真实值更小。（3）无影响。同样可根据入射光线和出射光线确定玻璃内折射）无影响。同样可根据入射光线和出射光线确定玻璃内折射光线，从而确定入射角和折射角，只要第二个界面不发生全反射就光线，从而确定入射角和折射角，只要第二个界面不发生全反射就行了。不过，入射光线和出射光线不平行，如图（丙）行了。不过，入射光线和出射光线不平行，如图（丙） （乙）（乙）思考题二：思考题二：如何测量一块半圆形玻璃砖的折射率？如何测量一块半圆形玻璃砖的折射率？方案一：方案一：插针法插针法。确定折射光线如右图所示。确定折射光线如右图所示sinsinn方案二：方案二：全反射法全反射法。确定临界角确定临界角用一束光线垂直于玻璃砖

11、直径平面射入用一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心圆心O，以，以O为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过角时，观察角时，观察者在玻璃砖平面一侧者在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线恰看不到出射光线。这样就可以知道该玻璃砖的折射这样就可以知道该玻璃砖的折射率率n的大小。如下图所示的大小。如下图所示sin1n课后思考题：课后思考题：如何测量一块三棱镜玻璃的折射率？如何测量一块三棱镜玻璃的折射率？三棱镜三棱镜1.1.用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针好三棱镜，在

12、棱镜的一侧插上两枚大头针P P1 1和和P P2 2，然，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P P1 1的像被的像被P P2 2挡住，挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P P3 3和和P P4 4，使，使P P3 3挡住挡住P P1 1和和P P2 2的像。的像。P P4 4挡住挡住P P3 3和和P P1 1、P P2 2的像，在纸上标出的大的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图（甲）所示。头针位置和三棱镜轮廓如图（甲）所示。 （1 1）在图上画出所需的光路。（）在图上画出所需的光路。（2 2）为了测出棱镜玻璃）为了测

13、出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是的折射率，需要测量的量是_，在图上标出它们。，在图上标出它们。（3 3）计算折射率的公式是）计算折射率的公式是n=_n=_。 （1 1）如图（乙）所示，（画出通过）如图（乙）所示，（画出通过P P1 1P P2 2和和P P3 3P P4 4的光线，的光线，包括在棱镜内的那部分路径。）包括在棱镜内的那部分路径。）（2 2）入射角）入射角i i和折射角和折射角r r，如图（乙）所示，如图（乙）所示（或线段（或线段EFEF，OEOE，GHGH，OGOG）。）。（3 3）n= sini/sinrn= sini/sinr（或（或n=EF.OG/GH.OE n=EF.O

14、G/GH.OE ）。）。 、固定白纸于绘图板、固定白纸于绘图板、画出界面线、画出界面线aa、法线、法线NN和和 入射光线入射光线OA.3、放好玻璃砖，画下界面、放好玻璃砖，画下界面bb.4、插针法定出射光线：在、插针法定出射光线：在OA上上竖直竖直 插上插上P1、P2，透过玻璃砖观，透过玻璃砖观P1、P2 的像，调整视线直到的像，调整视线直到P2的像挡住的像挡住P1的像，再在观察者的像，再在观察者 一一 侧竖直插侧竖直插P3、P4，使使P3挡住挡住P1、P2 的像的像，P4挡住挡住 P3本身和本身和P1、P2 的像的像，记下，记下P3、P4的位置的位置.5、作图确定出射光、作图确定出射光OB、

15、出射点、出射点O、折射光线、折射光线.方案一 实验步骤6 6、同样地，在玻璃砖、同样地，在玻璃砖bbbb一侧再竖直地插一枚大头针一侧再竖直地插一枚大头针P P4 4，使使P P4 4能能挡住挡住P P3 3本身，同时也挡住本身，同时也挡住P P1 1、P P2 2的像的像. .方案一 实验步骤7 7、记下、记下P P3 3、P P4 4的位置，移去玻璃的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过砖，拔去大头针，过P P3 3、P P4 4连一连一条直线条直线BOBO交交bbbb于于OO点，连接点，连接OOOO，OOOO就是入射光线就是入射光线AOAO在玻在玻璃砖内的折射光线，折射角为璃砖内的折射光线，折

16、射角为r. r. 8 8、用量角器量出入射角、用量角器量出入射角i和折射角和折射角r r的大小的大小. .9 9、用同样的方法分别求出入射角为、用同样的方法分别求出入射角为30300 0、45450 0、60600 0、75750 0时的折射时的折射角以及它们相应的正弦值角以及它们相应的正弦值. .1010、算出不同入射角时、算出不同入射角时sinsini/sinr的值，求出几次实验的值，求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率中的平均值就是玻璃的折射率. .方案二 实验步骤其它实验步骤同实验方案一，当其它实验步骤同实验方案一，当确定出折射光线确定出折射光线OO后，以入射后，以入射点点O为圆心，以任意长为半径画为圆心，以任意长为半径画圆交入射光线圆交入射光线AO于于A，交折射光，交折射光线的延长线与线的延长线与C（如图所示），（如图所示），作作AB垂直法线垂直法线NN于于B点，点，CD垂垂直法线直法线NN于于D点，用刻度尺量点，用刻度尺量出线段出线段AB和和CD的长度，