第五讲　实验：测量玻璃的折射率

第五讲实验：测量玻璃的折射率一、基本原理与操作原理装置图操作要领画出光路图，用量角器量出入射角θ1和折射角θ2，计算折射率n＝

(1)固定：把白纸固定在平木板上(2)画线：画界面aa′和bb′，画入射光AO(3)插针：让P3挡住P1和P2的像，让P4挡住P3本身和P1、P2的像(4)量角：画出光路图，测量出入射角θ1和折射角θ22．注意事项(1)玻璃砖要用厚度较大的。(2)入射角不宜过大或过小，一般控制在30°到60°之间。(3)大头针要竖直插在白纸上，且距离应适当大一些。(4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。3．误差分析(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。考法一实验原理与操作1．某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。A．选用两光学表面间距大的玻璃砖B．选用两光学表面平行的玻璃砖C．选用粗的大头针完成实验D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是________。(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝________。(用图中线段的字母表示)解析：(1)测玻璃的折射率关键是根据入射光线和出射光线确定在玻璃中的传播光线，因此选用光学表面间距大的玻璃砖以及使插在玻璃砖同侧两枚大头针的距离大些都有利于提高实验准确程度，减小误差；两光学表面是否平行不影响折射率的测量，为减小误差，应选用细长的大头针，故选项A、D正确，B、C错误。

(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线与出射光线平行，B、C错误；由光线在空气中的入射角大于玻璃中的折射角，画图可知正确的图为D。2．在用“插针法测定玻璃砖折射率”的实验中。(1)如图1所示，甲同学在实验过程中画出平行玻璃砖的边界①、入射光线②、折射光线③和出射光线④，下列关于实验中画这四条线的先后顺序正确的是________。A．①②③④

B．②①③④C．①②④③

D．②①④③(2)“测定玻璃砖折射率”实验利用的原理是________。A．光的折射

B．光的干涉C．光的衍射

D．光的偏振(3)

乙同学在纸上画出的界面ab、cd与矩形玻璃砖位置的关系如图2所示，已知玻璃砖宽度与ab、cd间距相等，实验时将玻璃砖向下平移一小段距离，其他操作均正确，且以ab、cd为界面画光路图。则该同学测得的折射率与真实值相比________。A．偏大

B．偏小

C．不变

D．无法确定解析：(1)在用“插针法测定玻璃砖折射率”的实验中，应先画平行玻璃砖的边界①，然后画出法线，再画出入射光线②，再画出出射光线④，最后连接入射点和出射点，画出折射光线③，所以先后顺序为①②④③，故选C。(2)用插针法“测定玻璃砖折射率”的实验利用的原理是光的折射，故选A。(3)

根据题意作图，如图所示，通过作图可知，入射角和折射角大小均没有改变，故该同学测得的折射率与真实值相比不变，故选C。答案：(1)C

(2)A

(3)C[关键点拨](1)玻璃砖应选用厚度、宽度较大的。(2)大头针要插得竖直，且间隔要大些。(3)入射角不宜过大或过小，一般在30°～60°之间。(4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。(5)实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。考法二数据处理与误差分析3．(2022·重庆模拟)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，不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图甲所示，则他测得的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图乙所示，则他测得的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(3)某同学由于没有量角器，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和O′连线的延长线于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NN′于D点，如图丙所示，用刻度尺量得OB＝8.00cm，CD＝4.00cm，由此可得出玻璃砖的折射率n＝________。解析：(1)如图(a)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。答案：(1)不变(2)偏小(3)1.54．(2022·济宁五校联考)做测量玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况：(1)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sini-sinr图像如图甲所示，则下列判定正确的是________。A．光线是从空气射入玻璃的B．该玻璃的折射率约为0.67C．该玻璃的折射率约为1.5D．该玻璃置于空气中时临界角为45°(2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y＜0区域放入某介质(以x轴为界面)，并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A(8cm,3cm)、B(1cm，－4cm)、C(7cm，－4cm)，则：①入射点O′(图中未标出)的坐标为__________；②通过图中数据可以求得该介质的折射率n＝__________。[关键点拨](1)无论什么形状的玻璃砖，只要确定了光线从玻璃砖上的入射点和出射点，就能确定折射光线。(2)利用图像法求解折射率可以减小实验误差。

[例1]

(2022·青岛五校联考)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。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2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。此时只需测量出哪些物理量，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你测量的量表示出折射率。[解题指导]创新点分析仪器的创新由平行玻璃砖变为半圆形玻璃砖。原理的创新由利用光的折射定律变为利用光的全反射测量折射率。几何关系的创新根据几何关系判断玻璃砖转动的角度与全反射临界角的大小关系。[例2]

通过动手做实验可让学生们提高对物理实验的理解和应用能力。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)用刻度尺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竖直插入水中。(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点的像重合，若水面恰与直尺的C点相平，则________和________