2022年高中物理《实验：测定玻璃的折射率》辅导讲义

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1、2022年高中物理实验：测定玻璃的折射率辅导讲义1折射现象：光从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象2折射定律：折射光线、入射光线跟法线在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，入射角的正弦跟折射角的正弦成正比注意：在折射现象中光路是可逆的3折射率：（1）光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率.折射率用n表示.即. （2）某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比.即：.由于vc，所以任何介质的折射率都大于1.4.玻璃砖：所谓玻璃砖一般指横截面为矩形的棱柱，当光线从上表面入射，从下表面射出时，其特点是：射出光

2、线和入射光线平行；各种色光在第一次入射后就发生色散；射出光线的侧移和折射率、入射角、玻璃砖的厚度有关；可利用玻璃砖测定玻璃的折射率。实验的基础知识图1【实验目的】理解插针法测定玻璃折射率的原理；会用插针法测定玻璃的折射率。【实验原理】如图1所示，用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线OB，确定出O点，画出折射光线O O，然后测量出角1和2。多测几次实验，根据n=计算出平均值，就是玻璃的折射率。说明：采用“插针法”来测定玻璃的折射率，利用了折射率的定义式，插针的目的是为了找到入射光线和出射光线，从而可以确定玻璃内部的折射光线，才能找到相应的入射角1和折射角2.【实验器材】 玻璃砖、白纸、大头针

3、、量角器、圆规、三角板、图钉等【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，做出过O的法线MN；3.画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针；4.在白纸上放上玻璃砖，使其中一个长边与aa对齐，并画出另一条长边的对齐线bb；5.通过玻璃砖观察并调整视线方向，使P1的像被P2挡住，然后在观察一侧插上大头针P3，使P3挡住P2、P1的像，然后再插上大头针P4，使其挡住P3和P2、P1的像；6.移去玻璃砖，拔掉大头针，由P3、P4的针孔位置确定出出射光线OB及O的位置，连接O、O得线段O O；7.用量角器量出入射角1和出射角2，

4、并查出其正弦值sin1和sin2；8.改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的的值，并取平均值。【注意事项】 1.玻璃砖宜选宽度大些好，实验过程中玻璃砖与白纸的相对位置不能改变；2.大头针应竖直插立，两大头针间距宜大；3.所选入射角不应过大，否则在另一侧面看不清P1、P2的像，但也不要太小，否则误差较大；4在操作时，手尽量不要触摸玻璃砖的光洁面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线。【数据处理】 1.作图法：为了减小误差，可以用作图法求出折射率，改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，以sin1为横坐标，sin2为纵坐标，做出sin1sin2图象，由n=可知图象应为直线，则直线的斜率就表示玻璃的折射

5、率。图22.直尺圆规测量法： 所谓“直尺圆规测量法”，如右图所示，以点为圆心，以一定长R为半径，画一个圆交入射光线于E点，交折射光线O O于E，过E做NN的垂线EH，过E做NN的垂线EH，如右图所示，sin1，sin2，OEOER，则n=。只要用刻度尺测出EH、EH的长度就可以求出n。【误差分析】 1.误差来源于实验器材的选择，选用玻璃砖宽度较小，小于5cm则测量误差较大。2. 用铅笔作光路图时，画的线要细，以减小误差。3. 若用刻度尺去测量长度时，尽量选用较精密的测量工具。4. 若用量角器去测量入射角和折射角时，视线要与刻度面垂直，使测量结果较准确，减小误差。例1 在“测定玻璃砖的折射率”的

6、实验中，有两位同学各设计了一个记录表格，而且都已完成了计算.根据他们设计的表格所反映的信息，判断他们做的是否正确.甲同学设计的表格是：次数入射角1sin1折射角2sin2nn1300.50020.90.3571.401.402450.70730.50.5081.393600.86638.00.6161.41乙同学设计的表格是：次数123角平均值正弦值n入射角1304560450.7071.42折射角220.930.538.028.80.497图3（1）上述两位同学做的正确的是_（选填“甲”或“乙”）.（2）根据你的选择，请利用恰当的图象求出玻璃的折射率。 解析：（1）为减小测量误差，应采用多次

7、测量求平均值的办法，但求平均值不是求入射角和折射角的平均值，而应是测出每一次的入射角、折射角，计算出每一次测量的折射率，然后再求平均值，因此甲同学的表格设计是合理的。图4（2）以sin2为横坐标，以sin1为纵坐标，建立sin2sin1坐标系，利用表中的数据做出图象，如图3所示，由图象斜率的物理意义可得：n=k= sin1/ sin2.在图象上取两个距离较远的点，如（0.357，0.500）和（0.616，0.866）代入上式，可解得：n=1.40。例2 在做“测定玻璃砖折射率”的实验时，乙同学为了避免笔尖接触玻璃面，画出的ab和cd都比实际侧面向外侧平移了一些，如图4所示，以后的操作都正确，

8、画光路图时，将入射点和折射点确定在ab和cd上，则测出的折射率将_；图5解析：根据题中的情况，做出相应光路图，如图5所示，从图中可看出在该同学的操作下，使入射点O1向左平移，折射点O2将向右移，所画出的折射角r比实际折射角r偏大，而入射角又不变，由知，测得的折射角将偏小方法技巧：本实验中，所画界面宽度只要小于玻璃砖宽度，测定折射率就偏大；反之就小。可简记为“小大大小”。甲例3 在“测定玻璃砖的折射率”的实验中，对一块两面平行的玻璃砖用“插针法”找出入射光线对应的折射光线，现在有甲、乙、丙、丁四位同学分别作出如下图6所示的四组插针结果.图7 图6 （1）从图7中看肯定把针插错的同学是：_； （2

9、）从图中看，测量结果准确度较高的是：_解析：分别连接确定入射光线和折射光线的两点，并延长与玻璃砖上下界面分别交于O、O，连接OO后，可以确定入射光线和折射光线以及入射角i和折射角r，根据ir，ri，和入射光线和出射光线平行的原则可以判断哪一个更准确（1）通过以上分析，分别做出四个图中的入射光线和出射光线，很明显肯定把针插错的同学是乙和丁；（2）对于丙图可以看出，入射光线与出射光线几乎是在同一条直线，所以对实验的误差是很大的，而甲图是比较符合实验要求的，可见甲同学的测量结果准确度较高。图1实验拓展与探究【拓展一】 如图1所示，是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图。玻璃砖的入射面AB和

10、射出面CD并不平行，则：（1）出射光线与入射光线还平行吗？（2）以入射点O为圆心，以R=5cm长度为半径画圆，与入射光线PO交于M点，与折射光线OO，的延长线交于F点，过M、F点分别向法以线作垂线，测得，该玻璃砖的折射率n是多少？探究：（1）由于入射面AB和射出面CD并不平行，使得两法线不平行，所以出射光线与入射光线不再平行。（2）因为sinMON=，sinEOF=，根据n=1.5。图2【拓展二】一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的（光线不能通过此表面）。现要测定此玻璃的折射率。给定的器材还有：白纸、钢笔、大头针4枚（P1、P2、P3、P4）、带有刻度的直角三角板、量角器。实验

11、时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。在纸上画出直线aa，和bb，aa，表示镀银的玻璃表面，bb，表示另一表面，然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2，如图2所示，用P1、P2的连线表示入射光线。（1）为了测量折射率，应如何正确用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置。（2）然后，移去玻璃砖与大头针。试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角1与折射角2。简要写出作图步骤。图3（3）写出用1、2表示的折射率公式为n= 。探究：（1）在bb，一侧观察P1、P2（由P1、P2发出的光经bb，折射，再经aa，反射，最后经bb，折射后射出）的像，在适当

12、的位置插上P3，使得P3挡住P1、P2的像（在一条直线上）；再插上P4，让它挡住P2（或P1）的像和P3。如图3所示。（2）过P1、P2作直线与bb，交于O；过P3、P4作直线与bb，交于O，；利用刻度尺找到OO，的中点M；过O点作bb，的垂线CD，过M点作bb，的垂线与aa，相交于N，连结ON；P1OD=1，CON=2。（3）n=sin1/sin2。图4【拓展三】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4中所示，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，且均以aa，、bb，为界面画光路

13、图，则这三位同学测得的折射率与真实值相比分别有何变化？aa，b，boo21图5探究：甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。由于所画玻璃砖的宽度比实际宽度大，测量的O，点比实际的O，向右移，使所画的折射角2比实际的偏大，如图5所示，由于入射角不变，根据n=可知测得折射率偏小。乙同学测得的折射率与真实值相比不变；由于入射面aa，和射出面bb，不平行，使的上、下面两法线不平行，所以出射光线与入射光线不再平行，但不影响折射点O，所以所画的折射角2与实际的相同。丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大、可能偏小、可能不变。原因是当过P3、P4作直线与画出的界面bb，交于O，；若O，恰好落在画出的界面bb，和

14、玻璃砖下表面的交点上，测得的折射率与真实值相比不变；若O，落在画出的界面bb，和玻璃砖下表面交点的左侧（折射角偏大），测得的折射率与真实值相比偏小；若O，落在画出的界面bb，和玻璃砖下表面交点的右侧（折射角偏小），测得的折射率与真实值相比偏大。图6友情提醒：对于测定玻璃折射率实验中，所测得的折射率是变大还是变小，关键是根据折射率: 去进行判断，看入射角的正弦值、折射角的正弦值的变化来确定折射率的变化，找出误差的来源，分析误差变化。【拓展四】在做“测定玻璃砖折射率”的实验时，丙同学在操作和作图时均无失误，但是所用玻璃砖的两个表面明显不平行，如图6所示，则测出的折射率将_探究：同本实验的操作过程一

15、样，根据入射光线和出射光线确定玻璃内的折射光线，从而确定折射角和出射角，只要第二个界面不发生全反射就行了不过，入射光线和出射光线不平行，如题图所示所以所用玻璃砖的两个表面明显不平行时，测量结果是不会有影响的。图7【拓展五】能否利用全反射现象测定平行板玻璃砖的折射率？探究：光全反射要满足两个条件：光从光密介质进入光疏介质，入射角大于临界角。对平行板玻璃砖，当光从玻璃射入空气才有可能发生全反射，但入射角r等于r，如图7所示，而r为第一次折射时的折射角，因为i900，所以据光路可逆i=i900，在玻璃砖下表面处不会发生全反射，所以在测定平行板玻璃砖的折射率时不能利用光的全反射原理来测定它的折射率。测

16、定玻璃折射率的其他方法一、测定球形玻璃的折射率图1例1 某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与圆形玻璃同半径的圆，圆心为O，将圆形玻璃平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合，在玻璃的一侧竖直插两枚大头针P1和P2，在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4、P3和P2、P1的像恰好在一条直线上，移去玻璃和大头针后得到图3所示的光路图，请在图中画出：图2（1）沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向；（2）光线在玻璃内的传播方向；（3）在光线的入射点作法线，标出入射角i和折射角；（4）写出计算玻璃折射率的公式(不必计算).解析：（

17、1）、（2）、（3）问的答案如图2所示。（4）计算玻璃折射率的公式为：二、如何测定玻璃三棱镜的折射率图3对于玻璃三棱镜折射率的测定，其方法与球形玻璃折射率的测定方法是一样的：在玻璃的一侧竖直插两枚大头针P1和P2，在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4、P3和P2、P1的像恰好在一条直线上，移去玻璃和大头针后得到图3所示的光路图，可以按光路图确定入射光线AO，出射光线OB，则OO为折射光线用量角器量出i、，即可求出折射率方法技巧：解决这类问题的基本思路和方法是：仔细阅读题目，理解题意，在了解所介绍的实验仪器的基本原理、使用方法的基础上，运用以前所学过的知识、使用过的仪器和做过实验的方法，进行情景迁移、联想类比，就可解决问题。