2学生实验：测定玻璃的折射率第四章光的折射学习目标1.通过实验了解平行玻璃砖的光学性质.2.会用“插针法”测定玻璃砖的折射率.内容索引题型演练学以致用实训演练达标检测检测评价达标过关技能储备明确原理提炼方法技能储备一、实验：测定玻璃的折射率一、实验：测定玻璃的折射率1.实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线相应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，从而可以测出一组对应的入射角和折射角，根据折射定律，便可求出玻璃的折射率.2.实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(34枚)、量角器、直尺、铅笔. 3.实验步骤(1)把白纸用图钉钉在木板上.(2)用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的直线aa作为分界面，过aa上一点O作垂直于aa的直线NN作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角i适当大些.如图1所示.图1(3)在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa重合.(4)用直尺画平行于玻璃砖另一侧面的一条直线bb.(5)在玻璃砖的bb一侧白纸上竖直地插一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa一侧所插的大头针P1、P2的像时，把大头针P3插好.(6)在玻璃砖bb一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身，同时也能挡住P1、P2的像.(7)记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO交 bb于 O点 ， 连 接 OO， OO就 是 入 射 光 线 AO在 玻 璃 砖 内 的 折 射 光 线 ，折射角为r.(8)用量角器量出入射角i和折射角r的大小.(9)改变入射角i，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角.(10)算出不同入射角时 的值，求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率.4.数据处理(1)计算法：把上述实验数据分别由n 计算出n1、n2、n3、，求出平均值即为玻璃砖折射率的测量值.(2)图像法：因sin insin r，所以可把上面的数据以sin r值为横坐标、以sin i值为纵坐标，建立直角坐标系，如图2所示.描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线.求解图线斜率，设斜率为k，则nk.图2(3)单位圆法：过入射点画出玻璃砖界面的法线NN，以入射点B为圆心，适当长度为半径画圆，入射光线、折射光线与圆周交于A和C，由点A、C向法线作垂线，分别交法线NN于A、C点，如图3所示.测出垂线的长度AA和CC，则玻璃砖的折射率可表示为图35.注意事项(1)轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面.严禁把玻璃砖当直尺使用.(2)实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不可移动.(3)大头针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，以减小确定光线方向时出现的误差.(4)实验时入射角不能太小(接近零度)，否则会使测量误差加大；也不能太大(接近90)，否则会不易观察到P1、P2的像.二、光的色散现象二、光的色散现象1.色散：白光实际上是由各种单色光组成的复色光.复色光在通过透明介质以后分解成单色光的现象叫做色散.2.同一种介质对不同颜色的光的折射率是不同的.在各种色光中介质对紫光折射率最大，表示紫光在介质中传播的速度最小.题型演练一、实验：测定玻璃的折射率答案答案见解析例例1在用三棱镜测定玻璃折射率的实验中，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧垂直白纸插入两枚大头针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垂直白纸插两枚大头针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4所示.(1)在本题的图上画出所需的光路；答案解析图4解解析析过O点作AC面的法线，在所画的图上注明入射角1和折射角2，用量角器量出1和2.(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；答案解析答案答案见解析(3)计算折射率的公式是_.答案解析答案答案见解析总结总结提升提升测定玻璃折射率的基本思路测定玻璃折射率的基本思路1.确定一条从空气斜射入玻璃(或者从玻璃斜射入空气)的光路.2.通过作图确定入射角和折射角.3.由折射率的定义式n 计算出玻璃的折射率.例例2在“测定玻璃的折射率”实验中：(1)为了取得较好的实验效果，其中正确的是_.A.必须选用上下表面平行的玻璃砖B.选择的入射角应尽量小些C.大头针应垂直地插在纸面上D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些答案解析CD解解析析如图，实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图.由图看出，在这种情况下测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小.(2)甲同学在画界面时，不小心将两界面aa和bb间距画得比玻璃砖宽度大些，如图5所示，则他测得的折射率_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)答案解析偏小图5(3)乙同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线分别交于B点和D点，如图6所示，则他只需要测量_，就可求出玻璃的折射率n_.答案解析图6AB、CD的长度答案答案见解析图例例3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竖直插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图7甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经P1、P2点的入射光线.(1)在图上补画出所需的光路.答案解析图7答案答案见解析图(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角.答案解析解解析析连接O点与光线在AB上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示.(3)用所测物理量计算折射率的公式为n_.答案解析(4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n_.答案解析1.5二、折射时的色散如图8所示，白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，这说明： (1)射出棱镜的光线与入射光线方向的夹角叫通过棱镜的偏向角，如图所示，白光色散时，红光的偏向角最小，紫光的偏向角最大，说明同种玻璃对不同色光的折射率是不同的.(2)根据n 可知：在同种介质中折射率大的速度小，各种色光在同种介质中的速度从小到大排序依次为v紫v靛v橙v红，即红光的速度最大，紫光的速度最小.图8例例4如图9所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是A.a侧是红色光，b侧是紫色光B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C.三棱镜对a侧光的折射率小于对b侧光的折射率D.在三棱镜中a侧光的传播速度大于b侧光的传播速度答案解析图9总结总结提升提升1.同一介质对不同的色光有不同的折射率，介质对频率大、波长短的光折射率大，按折射率从小到大依次排列为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.2.在同一介质中，不同色光的传播速度不同，红光的折射率小，传播速度大；紫光的折射率大，传播速度小.达标检测1231.(实实验验：测测定定玻玻璃璃的的折折射射率率)(多选)在做“测定玻璃的折射率”的实验时，下列关于实验要求的叙述正确的是A.玻璃砖的宽度宜大些B.大头针应垂直地插在纸面上C.每边的两个大头针的距离近些容易观察D.在插P4时，只要挡住P3的光线就行，与P1、P2无关答案解析解解析析由题图可知，可见光穿过玻璃砖后，发生了色散，其中a光的侧移距离大于b光的侧移距离，说明玻璃对a光的折射率大于玻璃对b光的折射率，同种介质对红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的折射率依次增大，由于b光是蓝光，故只有D选项符合题意.2.(折折射射中中的的色色散散)如图10所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光.如果光束b是蓝光，则光束a可能是A.红光 B.黄光C.绿光 D.紫光答案解析123图103.(实实验验：测测定定玻玻璃璃的的折折射射率率)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路如图11所示.(1)在实验中，如果用量角器分别量出入射角 1和 折射 角 2，那么，该玻璃砖的折射率的表达式为 n_.答案解析123图11(2)在实验数据的处理中，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，判断他们的论证做得是否正确.甲同学设计的表格是123次数入射角1sin 1折射角2sin 2n1300.50020.90.3571.401.402450.70730.50.5081.393600.86638.00.6161.41解解析析为了减小测量的偶然误差，必须采用多次测量取平均值的方法.由于每次测量时，入射角不同，折射角不同，入射角和折射角取平均值没有意义，而介质的折射率仅由介质的性质决定，是不变的，所以应根据每一个入射角及对应的折射角，运用折射定律求出折射率，再求出折射率的平均值，可有效减小测量的误差，故甲同学做得正确.乙同学设计的表格是答案解析123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上述两位同学做得正确的是_(填“甲”或“乙”)甲A.甲、乙均偏小 B.甲、乙均偏大C.甲偏大、乙偏小 D.甲偏小、乙偏大(3)若甲在做测定玻璃的折射率的实验时，法线画得与界面不垂直，出现如图12(a)所示的倾斜；若乙在放置玻璃砖时，玻璃砖的平面没有与aa重合，出现如图(b)所示的偏差，则他们测得的折射率比真实值_.答案解析123A 图12