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1、实验十四测定玻璃的折射率考纲解读1. 学会用插针法确定光路.2. 会用玻璃砖和光的折射定律测定玻璃的折射率基本实验要求1 实验原理如原理图甲所示， 当光线1 以一定的入射角1 穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法AO找出跟入射光线AO对应的出射光线 OB，从而求出折射光线OO 和折射角 ，再根据12122sin1P1Nnsin2或 n 算出玻璃的折射率QN2 实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔3 实验步骤(1) 用图钉把白纸固定在木板上(2) 在白纸上画一条直线 aa，并取 aa上的一点 O为入射点，作过 O点的法线 NN .(3) 画出线段 AO作为入射光线，并在
2、AO上插上 P1、 P2 两根大头针(4) 在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa对齐，并画出另一条长边的对齐线bb .(5) 眼睛在bb的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使 P1 的像被P2 的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3 挡住P1、 P2 的像，再插上P4，使P4挡住P3 和 P1、 P2 的像(6) 移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4 的针孔位置确定出射光线O B 及出射点O，连接 O、 O得线段 OO .(7) 用量角器测量入射角 1 和折射角 2，并查出其正弦值 sin 1 和 sin 2.sin1(8) 改变入射角，重复实验，算出不同
3、入射角时的sin 2，并取平均值规律方法总结1 实验数据处理(1) 计算法： 用量角器测量入射角 1 和折射角 2，并查出其正弦值 sin 1 和 sin 2.sin1算出不同入射角时的sin2，并取平均值(2) 作 sin1 sin2 图象：改变不同的入射角1，测出不同的折射角 2，作 sinsin11 sin2 图象，由 nsin2可知图象应为直线，如实验原理图乙所示，其斜率为折射率(3) “单位圆”法确定 sin 1、 sin 2，计算折射率 n.以入射点 O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线OA于 E 点，交折射光线于 点，过E作的垂线，过 作的垂线 . 如实验原理图丙所OO
4、ENNEH ENNEHEHE Hsin 1EH示，sin1，sin 2OE， OE OE R，则 nsinE H .只要用刻OE 2度尺量出 EH、 E H的长度就可以求出n.2 注意事项(1) 用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边 bb .(2) 实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动(3) 大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每两枚大头针P1 与P2 间、P3 与P4 间的距离应大一点，以减小确定光路方向时造成的误差(4) 实验时入射角不宜过小，否则会使测量误差过大，也不宜过大，否则在bb一侧将看不到P1、 P2 的像考点一对实
5、验操作的考查例 1(2012 浙江理综 21) 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1 所示图 1图 2(1) 在图 2 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 3 所示图中 P1 和 P2 是同一入射光线上的射光线上的 2 枚大头针是 P3 和 _( 填“ A”或“ B”) 2 枚大头针，其对应出图 3解析 (1) 分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长， 与玻璃砖两平行边分别相交
6、，标出传播方向， 然后连接玻璃砖边界的两交点， 即为光线在玻璃砖中的传播方向 光路图如图所示(2) 设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为 1，折射角为 2，则 sin 1 5.32.25.3 2 42 0.798 ， sin22.2 23.6 2 0.521sin 1 0.798所以该玻璃砖的折射率n sin2 0.521 1.53(3) 由题图乙可知，光线 P1P2 入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3 和A.答案(1) 见解析图(2)1.53(说明：0.03 范围内都可)(3) A考点二例 2对实验数据处理的考查用三棱镜做测定玻
7、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P1 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 和图 4P1、 P2 的像，在纸上标出的大头针的位置和三棱镜轮廓如图4 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) 用 (2) 中所测物理量计算折射率的公式是n _.解析(1) 光路图如图所示，画出通过 P 、P 的入射光线，交AC面于 O，画出通过 P 、P 的出射光线交AB面于 O，12
8、34连接 OO，则光线 OO就是入射光线P1P2 在三棱镜中的折射光线(2)在所画的图上注明入射角1 和折射角 2，并画出虚线部分，用量角器量出1 和 2( 或用直尺测出线段EF、 OE、 GH、 OG的长度 ) nsin 1EFGHEF/ OE EFOG(3)sin( 或因为 sin1， sin2，则) 2OEOGnGH/OG OE GH答案见解析例 3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5 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
9、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图5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 所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：(1) 若 30，3 与的夹角为30， 则3 处所对应的折射率的值为_AOFOPOCP(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 _(1) 根据折射定律nsin11 60， 30，所以n解析si
10、n2，题中2AOFsin 60sin 30 3.(2) 图中 P4 对应的入射角大于 P3 所对应的入射角，所以 P4 对应的折射率大(3) 因 A、 O、 K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K 处对应的折射率应为1.答案(1)3(2)P4 处对应的折射率的值大(3)11 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，放在图6 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无法确定图 6答案C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，而是如图中虚线所示，由几何知识可知，
11、测出的折射角与真实的折射角相同2.某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，用他测得的多组入射角1与折射角 2 作出 sin1 sin2 的图象如图7 所示，下列判断不正确的是()A他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象B玻璃的折射率为 0.67图 7C玻璃的折射率为1.5D玻璃临界角的正弦值为0.67答案B解析由 sinsinsin11 1.51 ，故光是从空气射入玻璃图象可知， sin20.6712的，入射角为1，A 正确由折射率的定义知1.5，C 正确， B错误由临界角定义n1知临界角的正弦值sinC n 0.67 ，D 正确3 (2012 重庆理综22(1) 如图 8 所示为光学实
12、验用的长方体玻璃砖，它的_面不能用手直接接触图 8在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、 b、 c的位置相同，且插在c 位置的针正好挡住插在a、 b 位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e 两点，如图 9 所示计算折射率时，用_( 填“ d”或“ e”)点得到的值较小，用_( 填“ d”或“ e” ) 点得到的值误差较小图 9答案光学de解析 实验用的光学玻璃砖的光学面不能用手接触， 以防止损坏其光学面如图所示，连接 cd、 ce 并延长分别交玻璃砖于 O1、 O2点，并连接siniOO1、 OO2，入射角 i 相同，折射角O OO2 OOO1，由
13、 nsinr 得，折射角越大的，求得的折射率越小由图可得，用d 点得到的值较小，而 ce 与 ab 近似平行，故用 e 点得到的值误差较小4. (2011 天津 9(3) 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10 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图10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答案玻璃砖直径边绕
14、O点转过的角度 sin解析“ P2 挡住 P1 的像的现象恰好消失”意味着刚好发生全反射现象，此时玻璃砖内光线的入射角恰好等于临界角C，玻璃砖转过 ，入射光路的法线也转过同样的角度，入11射角 C. 根据 n sinC得 n sin .5 如图 11 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，、均垂直于法线并分别交
15、法线于、D点图 11AB CDA(1) 设 AB的长度为 l 1，AO的长度为 l 2，CD的长度为 l 3， DO的长度为 l 4，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” ) l1答案(1)l 1 和 l 3 l3 (2) 偏大6 如图 12 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
16、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， P 是竖直地插在纸上的第三枚大头针，是直3线与轴正方向的夹角，是直线3 与y轴负方向的夹图 12OA yOP角只要直线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1、2 两枚大头针，但在y 0 的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到PPP1、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答案另画一条更靠近y 轴正
17、方向的直线OA，把大头针 P1、P2 竖直地插在所画的直线上，直到在y0 区域透过玻璃砖能看到1、 2 的像竖直插上大头针3，使3 刚好能P PPPsin挡住 P1、P2 的像sin解析无法看到P1、 P2 的像是因为OA光线的入射角过大，发生全反射的缘故P3能挡住 P1、 P2 的像说明 OP3 是 OA的折射光线7 测定玻璃等腰直角三棱镜折射率的实验中，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 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图 13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13 所示(1) 通过作图，画出通过 P1、 P2 的入射光线在棱镜中的折射光线；(2) 如果测得该棱镜的折射率为1.5 ，则垂直于AB边入射的光线能否从BC边或AC边射出 _( 选填“能”或“不能”答案 (1) 见解析图 (2) 不能) 解析(1) 如图所示12(2) 设发生全反射的临界角为 C，则 sin C n3sin 45，故垂直于 AB边入射的光线在 AC边或 BC边会发生全反射，不能射出