第2节 实验：测定玻璃的折射率

实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。

实验步骤1．将白纸用图钉钉在平木板上。2．如图所示，在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。3．把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出玻璃砖的另一边bb′。4．在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，放回玻璃砖，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。5．移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向，连接OO′，线段OO′代表了光线在玻璃砖内的传播路径。

误差分析

注意事项1．实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。2．入射角i应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大。3．在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。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。

产生原因减小方法偶然误差入射、折射光线画不精确两大头针间距适当大些入射角、折射角测不准入射角适当大些二、他版教材实验方案(一)鲁科版教材实验方案

[差异解读]

(1)用水代替玻璃。(2)用激光发出的光代替插针法对光线的确定(二)粤教版教材实验方案

[差异解读](1)用半圆形玻璃砖代替平行玻璃砖。(2)用激光发出的光代替插针法对光线进行确定。(3)用带角度的背景板取代量角器。[典例1]在“测量玻璃的折射率”实验中：(1)为了取得较好的实验效果，下列说法正确的是________。A．必须选用上下表面平行的玻璃砖B．选择的入射角应尽量小些C．大头针应垂直地插在纸面上D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些实验原理与操作(2)A同学在画界面时，不小心将两界面aa′和bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图甲所示，则他测得的折射率________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(3)B同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，并延长OO′交圆于C点，过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点，如图乙所示，则他只需要测量______________，就可求出玻璃的折射率n＝________(用所测量的物理量表示)。(1)选择玻璃砖时宽度宜大些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。(2)实验中一旦玻璃砖所定的界面线aa′、bb′画好后，放置的玻璃砖就不要随便移动，如果玻璃砖斜向移动，测得的折射率一定变化。如果稍微上下平移了玻璃砖，对测量结果没有影响。[典例2]在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。(1)在图乙中画出完整的光路图。数据处理和误差分析(2)对画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留三位有效数字)。(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图丙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)。[答案]

(1)见解析图(a)(2)1.53(1.50～1.56均可)

(3)A(1)利用题目提供的方格纸可计算三角函数的正弦值，进而根据折射率计算公式计算折射率。(2)对于质地均匀的玻璃砖而言，如果光线的入射边界和出射边界平行，那么入射光线和出射光线平行。1．[实验器材的创新]用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧依次插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线。创新考查角度和创新思维(1)在图上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角i和折射角r，请在图中的AB分界面上画出这两个角。(3)用所测物理量计算折射率的表达式为n＝______。(4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝__________。2．[实验器材、实验数据处理的创新]某同学测量玻璃的折射率，

准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜

的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔

发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00cm，AB间的距离为6.00cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离为d1＝10.00cm，玻璃砖厚度d2＝4.00cm。此玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中传播速度v＝________m/s(光在真空中传播速度c＝3.0×108m/s，结果均保留两位有效数字)。答案：1.2

2.5×1081．在“测量玻璃的折射率”实验时，(1)下列做法正确的是________。A．入射角越大，误差越小B．在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出界面C．实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量D．判断像与针是否在同一直线上时，应该观察大头针的头部(2)小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃砖的两个边界，如图所示，请画出光路图。解析：(1)入射角尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会较小，但要注意并不是入射角越大越好，应适度，A错误。为了防止弄脏玻璃砖，不能用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出界面，B错误。实验时既可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量，C正确。判断像与针是否在同一直线上时，应该观察大头针的整体，不能只观察其头部，D错误。(2)根据作出的点P1、P2、P3、P4作出入射光线和出射光线，连接AB和CD与光线的交点O、O′，OO′即为光在玻璃中的传播路径，如图所示。答案：(1)C

(2)见解析图2．现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待测玻璃砖、

白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。实验时，先将直

尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记，再将玻璃砖平放在

白纸上，沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD，再将直

尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、M的位置，如图所示，然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到O点的像与M点的像重合，再在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置。(1)请在原图上作出光路图；(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为：n＝________(用字母P和图中已知线段字母表示)。3．某研究小组的同学根据所学光学知识，设计了一个测液体折射

率的仪器。如图，在一圆盘上过其圆心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BFC部分竖直浸入

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所插位置，就可直接读出液体折射率的值。(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率值为__________。(2)图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大？__________。4．用“