测定玻璃的折射率-插针法

测定玻璃的折射率插针法(1)如图所示，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的法线NN′.(3)画出直线AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两枚大头针．(4)在白纸上放上玻璃砖，使其中一个长边与直线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同时挡住P2、P1的像，再插上P4挡住P3及P2、P1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′，则OO′即玻璃砖内的折射光线．(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.(8)改变入射角，重复实验．记录下每次的入射角θ1和折射角θ2.(1)在用插针法测定玻璃的折射率的实验中，某同学的操作步骤如下：a．用图钉将记录光路的白纸固定在平板上；b．手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上；c．用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa′和bb′；d．在aa′上选择一点O作为不同入射角的入射光线的共同入射点，画出入射角i分别为0°、30°、45°的入射光线；e．用“插针法”分别得到各条入射光线对应的出射光线，观察时着重看大头针针帽是否在一条直线上，取下玻璃砖、大头针，连接各针孔，发现所画折射光线中有两条相交，量出各个折射角r；f．按公式分别计算取三个值的算术平均值．①以上步骤中有错误或不妥之处的是________；②应改正为_____________________________________________________________________________________________.(2)在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中，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实－13－4甲、乙和丙所示，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′为界面画光路图．则：图实－13－4①甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)；②乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)；③丙同学测得的折射率与真实值相比________．[解析](1)①有错误或不妥之处的是cde.②c中应先画出一条直线，把玻璃砖的一边与其重合，再使直尺与玻璃砖的界面对齐，移开玻璃砖后再画边界线；d中入射角要取0°以外的三组数据；e中大头针要竖直插牢，观察时看针脚是否在同一条直线上．(2)①如图实－13－5所示，甲同学利用插针法确定入射光线和折射光线后，测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实值偏大，因此测得的折射率偏小．②乙同学虽用的是梯形玻璃砖，但所画边界线与玻璃砖重合，测得的折射率与玻璃砖的形状无关，因此所测得的折射率与真实值相比不变．图实－13－5③如图实－13－6所示，丙同学用插针法确定的光线的出射点若恰在A点，则测得的折射率不变．若在bA之间则偏小，若在b′A之间则偏大．[答案](1)①cde②见解析(2)①偏小②不变③可能偏小、可能偏大、可能不变图实－13－6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．回答下列问题：(1)若∠AOF＝30°，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__________处所对应的折射率大．(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为________．[解析](1)根据折射定律n＝题中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝≈1.73.(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)1.73(2)P4(3)13．单位圆法：在不使用量角器的情况下，可以用单位圆法．(1)以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如右图所示．(2)由图中关系sinθ1＝EHOE，sinθ2＝E′H′OE′，OE＝OE′＝R则n＝sinθ1sinθ2＝EHE′H′.只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n.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、铅笔、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，如上图所示．然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图)．用P1、P2的连线表示入射光线．(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针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θ1与折射角θ2，简要写出作图步骤______________．(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式n＝________.【解析】(1)在bb′一侧观察P1、P2(经bb′折射，aa′反射，再经bb′折射)的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P2(或P1)的像和P3.P3、P4的位置如上图所示．(2)①过P1、P2作直线与bb′交于O；②过P3、P4作直线与bb′交于O′；③利用刻度尺找到OO′的中点M；④过O点作bb′的垂线CD，过M点作bb′的垂线与aa′相交于N，如上图所示，连接ON；⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2.(3)由折射率的定义可得n＝sinθ1sinθ2.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P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，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)如右图所示，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′.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θ1和折射角θ2，并画出虚线部分，用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度)．(3)n＝sinθ1sinθ2；(或因为sinθ1＝EFOE，sinθ2＝GHOG，则n＝EF/OEGH/OG＝EF·OGOE·GH)