1、实验十三测定玻璃的折射率一、实验目的(1)测定玻璃的折射率。(2)学会用插针法确定光路。三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。四、实验步骤(1)如图所示，把白纸铺在木板上。(2)在白纸上画一直线aa作为界面，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，并使其长边与aa重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb。(4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。(5)从玻璃砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住
2、P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像。(6)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线OB交bb于O。连接O、O，OO就是玻璃砖内折射光线的方向。AON为入射角，OON为折射角。(7)改变入射角，重复实验。五、数据处理六、注意事项(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O之间距离要稍大一些。(2)入射角1不宜太大(接近90)，也不宜太小(接近0)。太大：反射光较强，出射光较弱；太小：入射角、折射角测量的相对误差较大。(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画
3、界线。(4)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5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。七、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。【例1】(2012江苏高考)“测定玻璃的折射率”实验中，在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B，在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时，要使它_。如下图是在白纸上留下的实验痕迹，其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n_。(计算结果保留两位有
4、效数字)【答案】挡住C及AB的像1.8(1.61.9)【总结提升】实验记忆口诀白纸上面画边缘，然后才放玻璃砖；两针决定入射光，再插一针挡两像；两针两像成一线，去砖画图是重点；入射线，折射线，作出法线角出现；入射角，折射角，不大不小是最好；拿砖要触毛玻面，插针竖直做实验。【例2】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所示。(1)此玻璃的折射率计算式为n_(用图中的1、2表示)；(2)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。【例3】某同学用大头针、三角板、量角器等器材
5、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，上述现像恰好消失。此时只须测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的测量量表示出折射率n_。1关于“测定玻璃的折射率”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
6、圆形玻璃砖等都可以用来测定玻璃的折射率【答案】B2用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面aa和bb，若不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在下图所示的位置上，而实验中其他操作均正确，则测得的折射率将()A偏大B偏小C不变 D无法确定【解析】经过玻璃砖的光路如图中实线所示，由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线，如图中虚线所示，由几何知识可知，测出的折射角与真实的折射角相同。【答案】C 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、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
7、，且均以aa、bb为界面画光路图，则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_。丙同学的测量可能出现三种可能，光路图如图丙所示，当出射点为c时，测量值与真实值相同，当出射点在c左侧时，测量值小于真实值，当出射点在c点右侧时，测量值大于真实值，故丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大，可能偏小，也可能不变。【答案】偏小不变可能偏大，可能偏小，也可能不变4如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率，在平铺的白纸上垂直纸面插上大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆
8、心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3。图中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量_，则玻璃砖的折射率可表示为_。(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将_(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。5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，在棱镜的一侧插入两枚大头针P
9、1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、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的位置和三棱镜轮廓如图所示。(1)在本题的图上画出所需的光路。(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_，_，在图上标出它们。(3)计算折射率的公式是n_。【解析】(1)光路图如图所示，画出通过P1、P2的入射光线，交AC面于O，画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O，连接OO，则光线OO就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线。【答案】见解析6如图所示是关于“测定玻璃的折射率”的实验，请回答以下问题：
10、(1)请证明图中的入射光线和射出玻璃砖的光线是平行的。(2)如果光射入和射出玻璃砖的两个平面是平行的，射出玻璃砖的光线相对入射光线来说产生了侧移。证明：入射角越大侧移越大。(3)为了减小实验误差，入射角大一些好还是小一些好？【答案】见解析7(2012浙江理综)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。(1)在下图中画出完整的光路图；(2)对你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3位有效数字)；(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现像，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，
11、其对应出射光线上的2枚大头针是P3和_(填“A”或“B”)。【答案】(1)如图所示(2)1.51(说明：0.03范围内都可)(3)A8.实验室有一块长方体透明介质，截面如图中ABCD所示。AB的长度为l1，AD的长度为l2，且AB和AD边透光，而BC和CD边不透光且射到这两个边的光线均被全部吸收现让一平行光束以入射角1射到AB面，经折射后AD面上有光线射出，甲、乙两同学分别用不同的方法测量该长方体介质的折射率。(1)甲同学的做法是：保持射到AB面上光线的入射角1不变，用一遮光板由A点沿AB缓慢推进，遮光板前端推到P时，AD面上恰好无光线射出，测得AP的长度为l3，则长方体介质的折射率可表示为n
12、_；(2)乙同学的做法是：缓慢调节射到AB面上光线的入射角，使AD面也恰好无光线射出。测得此时射到AB面上光线的入射角为2，则长方体介质的折射率可表示为n_；(3)1和2的关系为：1_2(填“”、“2。9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，如图所示。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
13、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所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：(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的值大？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_。10用圆弧状玻璃砖做测定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的像挡住。接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3及P1和P2的像。在纸上已标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图所示(O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线)(1)在图上补画出所需的光路。(2)为了测出玻璃砖的折射率，需要测量入射角1和折射角2，请在图中标出这两个角。(3)用所测物理量计算折射率的公式是n_。(4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应尽量_(“小一些”或“无所谓”或“大一些”)。
