第2節(jié) 科學(xué)測量：玻璃的折射率

第2節(jié)科學(xué)測量：玻璃的折射率實驗?zāi)康?1)測量玻璃的折射率。(2)學(xué)習(xí)用插針法確定光路。實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、刻度尺、量角器、鉛筆。4．在直線AO上豎直插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向直到P2的像擋住P1的像。再在觀察者一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3及P1、P2的像，記下P3、P4的位置。5．移去大頭針和玻璃磚，過P3、P4所在處作直線O′B與bb′交于O′，直線O′B就代表了沿AO方向入射的光線通過玻璃磚后的傳播方向。6．連接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計的表格中。7．用上述方法求出入射角分別為30°、45°、60°時的折射角，查出它們的正弦值，填入表格中。注意事項1．實驗時，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1與P2之間，P2與O點之間，P3與P4之間，P3與O′點之間距離要稍大一些。2．入射角θ1應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小。3．在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面，更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界線。4．在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。5．玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm以上。若寬度太小，則測量誤差較大。\誤差分析1．入射光線和出射光線確定得不夠精確，因此要求插大頭針時，兩枚大頭針間距應(yīng)適當(dāng)大一些。2．入射角和折射角的測量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測量的相對誤差。(一)實驗原理與操作[典例1]在“測量玻璃折射率”的實驗中：(1)操作步驟如下：①先在白紙上畫出一條直線aa′代表兩種介質(zhì)的界面，過aa′上的O點畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為入射光線。②把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊。③在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像。調(diào)整視線方向，直到P1的像被P2的像擋住。再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，記下P3、P4的位置。④移去大頭針和玻璃磚，連接P3、P4作為折射光線，測量出入射角θ1與折射角θ2，填入表格中。上述操作步驟中存在嚴(yán)重的缺漏，應(yīng)做的補充是___________________________________________________________________________________。(2)實驗中測出了多組入射角θ1與折射角θ2，并作出了sinθ1－sinθ2的圖像如圖所示。則下列說法正確的是________。A．實驗時，光線是由空氣射入玻璃B．實驗時，光線是由玻璃射入空氣C．玻璃的折射率為0.67D．玻璃的折射率為1.5[解析]

(1)本實驗用插針法測量玻璃磚的折射率，實驗原理是折射定律，操作步驟中存在嚴(yán)重的缺漏，應(yīng)做的補充是：步驟②中，把長方形玻璃磚放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，應(yīng)在白紙上畫出玻璃磚的另一邊bb′，作為玻璃磚與空氣的下邊界。步驟④中，連接P3、P4作為出射光線，還應(yīng)作出玻璃磚中的折射光線，故應(yīng)通過P3、P4的連線與bb′的交點，作出玻璃磚中的折射光線。[對點訓(xùn)練]1．用“插針法”測量透明半圓柱玻璃磚的折射率，O為玻璃磚截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚的平面垂直，如圖所示的四個圖中P1、P2、P3和P4是四個學(xué)生實驗插針的結(jié)果。

(1)在這四個圖中肯定把針插錯了的是________。(2)在這四個圖中可以比較準(zhǔn)確地測出折射率的是________，計算玻璃磚的折射率的公式是__________。(二)數(shù)據(jù)處理和誤差分析[典例2]某小組做測量玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，鉛筆，白紙。(1)下列措施能夠提高實驗準(zhǔn)確程度的是________。A．選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C．選用粗的大頭針完成實驗D．插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實驗操作正確的是________。(3)該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點，如圖所示，則玻璃的折射率n＝________。(用圖中線段的字母表示)[微點撥]測量折射率的技巧(1)選擇合適器材，如本題中玻璃磚和大頭針的選擇。(2)以入射點為圓心，畫出圓，則由測量角度轉(zhuǎn)換為測量線段的長度，提高了測量的精確度。

[對點訓(xùn)練]2.“測量玻璃的折射率”實驗中，在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個大頭針A、B，在另一側(cè)再豎直插兩個大頭針C、D。在插入第四個大頭針D時，要使它__________________。如圖是在白紙上留下的實驗痕跡，其中直線a、a′是描在紙上的玻璃磚的兩個邊。根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n＝________(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。創(chuàng)新點(一)實驗器材的創(chuàng)新

1．由于實驗室中矩形玻璃磚的數(shù)量不夠，部分同學(xué)需

改用直角三棱鏡做“測量玻璃的折射率”實驗，

實驗步驟如下：a．如圖所示，先在一張白紙上作相互垂直的直線ab、a′b′作為三棱鏡的兩個界面，并在直線上標(biāo)出點O；b．標(biāo)出P3、P4的位置；c．將三棱鏡放在白紙上，使短邊跟ab對齊，長邊跟a′b′對齊；d．在長邊a′b′的外側(cè)透過三棱鏡觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線方向，直到P1的像完全被P2的像擋?。籩．在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像；f．過O點作一垂直ab的線段OA，在OA上垂直紙面插兩枚大頭針P1、P2；g．移去三棱鏡和大頭針，連接P3P4交a′b′于O′點，過O′點作與a′b′垂直的直線MN；h．作光路圖，計算折射率n。(1)正確的實驗步驟順序為________________。(2)請在圖中畫出準(zhǔn)確完整的光路圖。(3)請根據(jù)圖中所給數(shù)據(jù)，求出該玻璃的折射率n。[微點撥]本題的創(chuàng)新點為：(1)實驗器材創(chuàng)新：實驗器材由平行玻璃磚改為直角三棱鏡。(2)光路圖的創(chuàng)新：由于實驗器材的改變，光路圖的畫法相應(yīng)地發(fā)生了變化。(3)實驗方法的創(chuàng)新：入射角、折射角的確定方法相應(yīng)地發(fā)生了改變。創(chuàng)新點(二)實驗方案的創(chuàng)新

2.學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識，設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器。如圖所示，在一個圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上，垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2位置不變。每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2。同學(xué)們通過計算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值。則：(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾