探究實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃折射率

1、例：斜插入水中的筷子與豎直方向例：斜插入水中的筷子與豎直方向成成4545角，由空氣中向下觀察，看角，由空氣中向下觀察，看到筷子在水中的部分與豎直方向成到筷子在水中的部分與豎直方向成的角度為的角度為，則，則( )( ) A. A.4545 B. B.4545 C.=45 C.=45 D . D .條件不足，無法判斷條件不足，無法判斷B B如何測(cè)量玻璃的折射率？如何測(cè)量玻璃的折射率？rinsinsin測(cè)出入射角測(cè)出入射角i測(cè)出折射角測(cè)出折射角r測(cè)出入射光線測(cè)出入射光線測(cè)出折射光線測(cè)出折射光線如何能夠在自然光的條件下獲如何能夠在自然光的條件下獲得得“一條一條”入射光線和折射光入射光線和折射光線？線？

2、并且確定它的方向？并且確定它的方向？利用光的直線傳播原理，如果幾個(gè)物體在同一條光線上，逆著利用光的直線傳播原理，如果幾個(gè)物體在同一條光線上，逆著光的傳播方向看去后一個(gè)物體會(huì)擋住前一個(gè)物體發(fā)出的光線，光的傳播方向看去后一個(gè)物體會(huì)擋住前一個(gè)物體發(fā)出的光線，例如平時(shí)做廣播操時(shí)，把隊(duì)伍排成一條直線。例如平時(shí)做廣播操時(shí)，把隊(duì)伍排成一條直線。如圖，利用平行玻璃磚對(duì)光路的側(cè)移，用如圖，利用平行玻璃磚對(duì)光路的側(cè)移，用插針法插針法找出找出入射光線入射光線AO對(duì)應(yīng)的出射光線對(duì)應(yīng)的出射光線OB,從而確定出射點(diǎn)從而確定出射點(diǎn)那那么么就是折射光線就是折射光線。插針法：利用幾枚大頭針插插針法：利用幾枚大頭針插在你所認(rèn)定的

3、光的傳播方向在你所認(rèn)定的光的傳播方向上，如果后一個(gè)大頭針恰好上，如果后一個(gè)大頭針恰好能擋住前一個(gè)大頭針的像，能擋住前一個(gè)大頭針的像，那么連接大頭針插入點(diǎn)的方那么連接大頭針插入點(diǎn)的方向就是光的傳播方向向就是光的傳播方向利用現(xiàn)有的材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：利用現(xiàn)有的材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)： 實(shí)驗(yàn)器材：實(shí)驗(yàn)器材：一塊兩面平行的玻璃磚，白紙，木板，大頭針（一塊兩面平行的玻璃磚，白紙，木板，大頭針（4枚），圖釘（四枚），圖釘（四枚）、量角器（或圓規(guī)），刻度尺枚）、量角器（或圓規(guī)），刻度尺實(shí)驗(yàn)方案一：實(shí)驗(yàn)方案一：實(shí)驗(yàn)方案二：實(shí)驗(yàn)方案二：實(shí)驗(yàn)方案三：實(shí)驗(yàn)方案三：一塊兩面平行的玻璃磚，白紙，木板，大頭針（一塊兩面平行的玻璃磚，白紙

4、，木板，大頭針（4枚），枚），圖釘（圖釘（4枚）、枚）、量角器量角器，刻度尺，刻度尺 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟一塊兩面平行的玻璃磚，白紙，木板，大頭針（一塊兩面平行的玻璃磚，白紙，木板，大頭針（4枚），枚），圖釘（圖釘（4枚）、枚）、圓規(guī)圓規(guī)，刻度尺，刻度尺 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟一塊兩面平行的玻璃磚，白紙，木板，大頭針（一塊兩面平行的玻璃磚，白紙，木板，大頭針（4枚），枚），圖釘（圖釘（4枚）、枚）、刻度尺刻度尺 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟利用量角器量出入射角利用量角器量出入射角i和折射角和折射角r畫輔助圓找出線段比從而確定畫輔助圓找出線段比從而確定sini/sinr畫輔助線找出線段比從而確定畫輔助線找出線段比從而

5、確定sini/sinr任選一種方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并且自行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理表格任選一種方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并且自行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理表格測(cè)出玻璃磚的折射率并看看折射定律是否正確測(cè)出玻璃磚的折射率并看看折射定律是否正確器材：器材：器材：器材：器材：器材：實(shí)驗(yàn)方案中還有那些要注意和改進(jìn)的地方：實(shí)驗(yàn)方案中還有那些要注意和改進(jìn)的地方：1、大頭針要豎直插在白紙上，觀察時(shí)看針腳，玻璃磚兩側(cè)的大頭大頭針要豎直插在白紙上，觀察時(shí)看針腳，玻璃磚兩側(cè)的大頭針針間距要適當(dāng)?shù)卮笮╅g距要適當(dāng)?shù)卮笮灰康奶?，選擇玻璃磚時(shí)其寬度宜大些，不要靠的太近，選擇玻璃磚時(shí)其寬度宜大些，這樣可減小確定光路方向時(shí)出現(xiàn)的誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度這樣可減小確定光

6、路方向時(shí)出現(xiàn)的誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。2、入射角不能太小入射角不能太小(接近零度接近零度)，也不能太大也不能太大(接近接近90) ，一般在，一般在1575間間，因?yàn)槿肷浣翘r(shí)，折射角就更小，測(cè)量的相對(duì)，因?yàn)槿肷浣翘r(shí)，折射角就更小，測(cè)量的相對(duì)誤差增大，而入射角太大時(shí)，導(dǎo)致反射光太強(qiáng)，折射光太弱，不誤差增大，而入射角太大時(shí)，導(dǎo)致反射光太強(qiáng)，折射光太弱，不易觀察，很難確定易觀察，很難確定P3、P4的位置。的位置。3、觀察大頭針的像時(shí)，玻璃磚與白紙的位置都不能改變。不能將、觀察大頭針的像時(shí)，玻璃磚與白紙的位置都不能改變。不能將玻璃磚當(dāng)尺子畫其界面，不要用手觸摸光潔面，只能接觸毛面和棱。玻璃磚當(dāng)尺

7、子畫其界面，不要用手觸摸光潔面，只能接觸毛面和棱。4、可以用、可以用圖像法圖像法求折射率減少誤差求折射率減少誤差: 用用sini表示縱坐標(biāo)，用表示縱坐標(biāo)，用sinr表示橫坐標(biāo)圖象的斜率為表示橫坐標(biāo)圖象的斜率為n 。5、由于要多次改變?nèi)肷浣堑拇笮≈貜?fù)實(shí)驗(yàn)，所以入射光線與出射、由于要多次改變?nèi)肷浣堑拇笮≈貜?fù)實(shí)驗(yàn)，所以入射光線與出射光線最好一一對(duì)應(yīng)編號(hào)以免混亂。光線最好一一對(duì)應(yīng)編號(hào)以免混亂。思考題一：思考題一：在利用插針法在利用插針法“測(cè)定玻璃的折射率測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中：實(shí)驗(yàn)中：（）甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個(gè)界面（）甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個(gè)界面aa和和bb后，實(shí)驗(yàn)中不小心碰后，實(shí)

8、驗(yàn)中不小心碰了玻璃磚使它向了玻璃磚使它向aa方向平移了少許（其它操作均正確無誤）。如圖（方向平移了少許（其它操作均正確無誤）。如圖（a）所示。）所示。則他測(cè)出的折射率值將則他測(cè)出的折射率值將 （ ）aabb(a)（）乙同學(xué)在畫界面時(shí)，不自覺地將兩界面（）乙同學(xué)在畫界面時(shí)，不自覺地將兩界面aa、bb間距畫得比玻璃磚寬度大間距畫得比玻璃磚寬度大些（其它操作均正確無誤），如圖（些（其它操作均正確無誤），如圖（b）所示，則他測(cè)得折射率將）所示，則他測(cè)得折射率將 （）（）aabb(b)不變不變偏小偏?。?）丙同學(xué)在操作和作圖時(shí)均無失誤，但所用玻璃磚的兩個(gè)界面明顯不平行）丙同學(xué)在操作和作圖時(shí)均無失誤，但所

9、用玻璃磚的兩個(gè)界面明顯不平行，這時(shí)測(cè)出的，這時(shí)測(cè)出的n值將（值將（ ）無影響無影響解析：解析：（1）不變，此時(shí)玻璃磚的平移對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響。由下圖（）不變，此時(shí)玻璃磚的平移對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響。由下圖（甲）可看出折射角不變，入射角相同，故測(cè)得的折射率將不變。甲）可看出折射角不變，入射角相同，故測(cè)得的折射率將不變。（2）偏小。由下圖（乙）可看出，實(shí)驗(yàn)得到的折射點(diǎn)向右移，）偏小。由下圖（乙）可看出，實(shí)驗(yàn)得到的折射點(diǎn)向右移，所畫出的折射角比實(shí)際折射角偏大，由所畫出的折射角比實(shí)際折射角偏大，由n=sini/sinr知，入射角不變知，入射角不變的情況下，測(cè)得的折射率比真實(shí)值更小。的情況下，測(cè)得的折射率比

10、真實(shí)值更小。（3）無影響。同樣可根據(jù)入射光線和出射光線確定玻璃內(nèi)折射）無影響。同樣可根據(jù)入射光線和出射光線確定玻璃內(nèi)折射光線，從而確定入射角和折射角，只要第二個(gè)界面不發(fā)生全反射就光線，從而確定入射角和折射角，只要第二個(gè)界面不發(fā)生全反射就行了。不過，入射光線和出射光線不平行，如圖（丙）行了。不過，入射光線和出射光線不平行，如圖（丙） （乙）（乙）思考題二：思考題二：如何測(cè)量一塊半圓形玻璃磚的折射率？如何測(cè)量一塊半圓形玻璃磚的折射率？方案一：方案一：插針法插針法。確定折射光線如右圖所示。確定折射光線如右圖所示sinsinn方案二：方案二：全反射法全反射法。確定臨界角確定臨界角用一束光線垂直于玻璃磚

11、直徑平面射入用一束光線垂直于玻璃磚直徑平面射入圓心圓心O，以，以O(shè)為轉(zhuǎn)軸在水平面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)半圓形玻璃磚，當(dāng)剛轉(zhuǎn)過為轉(zhuǎn)軸在水平面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)半圓形玻璃磚，當(dāng)剛轉(zhuǎn)過角時(shí)，觀察角時(shí)，觀察者在玻璃磚平面一側(cè)者在玻璃磚平面一側(cè)恰看不到出射光線恰看不到出射光線。這樣就可以知道該玻璃磚的折射這樣就可以知道該玻璃磚的折射率率n的大小。如下圖所示的大小。如下圖所示sin1n課后思考題：課后思考題：如何測(cè)量一塊三棱鏡玻璃的折射率？如何測(cè)量一塊三棱鏡玻璃的折射率？三棱鏡三棱鏡1.1.用三棱鏡做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放用三棱鏡做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針好三棱鏡，在

12、棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P P1 1和和P P2 2，然，然后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使后在棱鏡的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P P1 1的像被的像被P P2 2擋住，擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P P3 3和和P P4 4，使，使P P3 3擋住擋住P P1 1和和P P2 2的像。的像。P P4 4擋住擋住P P3 3和和P P1 1、P P2 2的像，在紙上標(biāo)出的大的像，在紙上標(biāo)出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖（甲）所示。頭針位置和三棱鏡輪廓如圖（甲）所示。 （1 1）在圖上畫出所需的光路。（）在圖上畫出所需的光路。（2 2）為了測(cè)出棱鏡玻璃）為了測(cè)

13、出棱鏡玻璃的折射率，需要測(cè)量的量是的折射率，需要測(cè)量的量是_，在圖上標(biāo)出它們。，在圖上標(biāo)出它們。（3 3）計(jì)算折射率的公式是）計(jì)算折射率的公式是n=_n=_。 （1 1）如圖（乙）所示，（畫出通過）如圖（乙）所示，（畫出通過P P1 1P P2 2和和P P3 3P P4 4的光線，的光線，包括在棱鏡內(nèi)的那部分路徑。）包括在棱鏡內(nèi)的那部分路徑。）（2 2）入射角）入射角i i和折射角和折射角r r，如圖（乙）所示，如圖（乙）所示（或線段（或線段EFEF，OEOE，GHGH，OGOG）。）。（3 3）n= sini/sinrn= sini/sinr（或（或n=EF.OG/GH.OE n=EF.O

14、G/GH.OE ）。）。 、固定白紙于繪圖板、固定白紙于繪圖板、畫出界面線、畫出界面線aa、法線、法線NN和和 入射光線入射光線OA.3、放好玻璃磚，畫下界面、放好玻璃磚，畫下界面bb.4、插針法定出射光線：在、插針法定出射光線：在OA上上豎直豎直 插上插上P1、P2，透過玻璃磚觀，透過玻璃磚觀P1、P2 的像，調(diào)整視線直到的像，調(diào)整視線直到P2的像擋住的像擋住P1的像，再在觀察者的像，再在觀察者 一一 側(cè)豎直插側(cè)豎直插P3、P4，使使P3擋住擋住P1、P2 的像的像，P4擋住擋住 P3本身和本身和P1、P2 的像的像，記下，記下P3、P4的位置的位置.5、作圖確定出射光、作圖確定出射光OB、

15、出射點(diǎn)、出射點(diǎn)O、折射光線、折射光線.方案一 實(shí)驗(yàn)步驟6 6、同樣地，在玻璃磚、同樣地，在玻璃磚bbbb一側(cè)再豎直地插一枚大頭針一側(cè)再豎直地插一枚大頭針P P4 4，使使P P4 4能能擋住擋住P P3 3本身，同時(shí)也擋住本身，同時(shí)也擋住P P1 1、P P2 2的像的像. .方案一 實(shí)驗(yàn)步驟7 7、記下、記下P P3 3、P P4 4的位置，移去玻璃的位置，移去玻璃磚，拔去大頭針，過磚，拔去大頭針，過P P3 3、P P4 4連一連一條直線條直線BOBO交交bbbb于于OO點(diǎn)，連接點(diǎn)，連接OOOO，OOOO就是入射光線就是入射光線AOAO在玻在玻璃磚內(nèi)的折射光線，折射角為璃磚內(nèi)的折射光線，折

16、射角為r. r. 8 8、用量角器量出入射角、用量角器量出入射角i和折射角和折射角r r的大小的大小. .9 9、用同樣的方法分別求出入射角為、用同樣的方法分別求出入射角為30300 0、45450 0、60600 0、75750 0時(shí)的折射時(shí)的折射角以及它們相應(yīng)的正弦值角以及它們相應(yīng)的正弦值. .1010、算出不同入射角時(shí)、算出不同入射角時(shí)sinsini/sinr的值，求出幾次實(shí)驗(yàn)的值，求出幾次實(shí)驗(yàn)中的平均值就是玻璃的折射率中的平均值就是玻璃的折射率. .方案二 實(shí)驗(yàn)步驟其它實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)驗(yàn)方案一，當(dāng)其它實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)驗(yàn)方案一，當(dāng)確定出折射光線確定出折射光線OO后，以入射后，以入射點(diǎn)點(diǎn)O為圓心，以任意長(zhǎng)為半徑畫為圓心，以任意長(zhǎng)為半徑畫圓交入射光線圓交入射光線AO于于A，交折射光，交折射光線的延長(zhǎng)線與線的延長(zhǎng)線與C（如圖所示），（如圖所示），作作AB垂直法線垂直法線NN于于B點(diǎn)，點(diǎn)，CD垂垂直法線直法線NN于于D點(diǎn)，用刻度尺量點(diǎn)，用刻度尺量出線段出線段AB和和CD的長(zhǎng)度，