第2節(jié) 科學(xué)測(cè)量：玻璃的折射率

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(shí)，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(cè)量造成誤差，故入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測(cè)量的相對(duì)誤差。

注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，且P1與P2之間，P2與O點(diǎn)之間，P3與P4之間，P3與O′點(diǎn)之間距離要稍大一些。2．入射角i應(yīng)適當(dāng)大一些，以減小測(cè)量角度的誤差，但入射角不宜太大，也不宜太小。3．在操作時(shí)，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(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚與白紙的相對(duì)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(cè)量誤差較大。二、他版教材實(shí)驗(yàn)多融通教科版教材實(shí)驗(yàn)方案

[差異解讀](1)用半圓柱形玻璃磚代替平行玻璃磚。(2)用激光筆發(fā)出的光代替插針?lè)▽?duì)光線進(jìn)行確定。(3)用帶角度的背景板取代量角器。[典例1]在“測(cè)量玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)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(guò)aa′上的O點(diǎn)畫出界面的法線NN′，并畫一條線段AO作為入射光線。②把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使它的長(zhǎng)邊跟aa′對(duì)齊。③在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過(guò)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。實(shí)驗(yàn)原理與操作④移去大頭針和玻璃磚，連接P3、P4作為折射光線，測(cè)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(bǔ)充是_____________________________________________________________________________________________。(2)

實(shí)驗(yàn)中測(cè)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(shuō)法正確的是________。A．實(shí)驗(yàn)時(shí)，光線是由空氣射入玻璃B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，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[答案]

(1)步驟②中應(yīng)在白紙上畫出玻璃磚的另一長(zhǎng)邊bb′；步驟④中應(yīng)通過(guò)P3、P4的連線與bb′的交點(diǎn)，作出玻璃磚中的折射光線(2)BD[典例2]

在“測(cè)量玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示。(1)在圖丙中畫出完整的光路圖。(2)對(duì)畫出的光路圖進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，求得該玻璃磚的折射率n＝________(保留三位有效數(shù)字)。數(shù)據(jù)處理和誤差分析(3)為了觀測(cè)光在玻璃磚不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn)，經(jīng)正確操作插好了8枚大頭針，如圖乙所示。圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對(duì)應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和________(填“A”或“B”)。(1)利用題目提供的方格紙可計(jì)算三角函數(shù)的正弦值，進(jìn)而根據(jù)折射率計(jì)算公式求折射率。(2)對(duì)于質(zhì)地均勻的玻璃磚而言，如果光線的入射邊界和出射邊界平行，那么入射光線和出射光線平行。1．[實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新]用圓弧狀玻璃磚做測(cè)量玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)依次插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖甲所示，其中O為兩圓弧圓心，圖中已畫出經(jīng)過(guò)P1、P2點(diǎn)的入射光線。創(chuàng)新考查角度和創(chuàng)新思維(1)在圖上補(bǔ)畫出所需的光路。(2)為了測(cè)出玻璃的折射率，需要測(cè)量入射角i和折射角r，請(qǐng)?jiān)趫D中的AB分界面上畫出這兩個(gè)角。(3)用所測(cè)物理量計(jì)算折射率的表達(dá)式為n＝______。(4)多次改變?nèi)肷浣?，測(cè)得幾組入射角和折射角，根據(jù)測(cè)得的入射角和折射角的正弦值，畫出如圖乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n＝__________。答案：1.2

2.5×1081．在“測(cè)量玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，(1)下列做法正確的是________。A．入射角越大，誤差越小B．在白紙上放好玻璃磚后，用鉛筆貼著玻璃磚的光學(xué)面畫出界面C．實(shí)驗(yàn)時(shí)既可用量角器，也可用圓規(guī)和直尺等工具進(jìn)行測(cè)量D．判斷像與針是否在同一直線上時(shí)，應(yīng)該觀察大頭針的頭部(2)小明同學(xué)經(jīng)正確操作后，在紙上留下四枚大頭針的位置P1、P2、P3和P4，AB和CD是描出的玻璃磚的兩個(gè)邊界，如圖所示，請(qǐng)畫出光路圖。答案：(1)C

(2)見(jiàn)解析圖(3)

實(shí)驗(yàn)中，已畫好玻璃磚邊界ab和cd后，放置玻璃磚時(shí)不小心向下稍平移了一點(diǎn)，如圖所示。其他操作正確，則測(cè)得玻璃的折射率將________(填“變大”“不變”或“變小”)。解析：(1)在“測(cè)量玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，要用圖釘固定白紙，使用插針?lè)?，所以要用到大頭針，利用光的折射原理，找出入射光線和出射光線，再用刻度尺在白紙上畫出光路圖，故B、C、D正確。(2)入射角適當(dāng)大些，折射角也會(huì)大些，測(cè)量的相對(duì)誤差會(huì)減小，故A正確；用插針?lè)y(cè)量折射率時(shí)，玻璃磚上下表面不一定要平行，故B錯(cuò)誤；為了防止弄臟玻璃磚，不能用鉛筆貼著光學(xué)面畫出界面，故C錯(cuò)誤；改變?nèi)肷浣堑拇笮。嘧鰩状螌?shí)驗(yàn)，記錄幾次測(cè)量的不同入射角、折射角并求出對(duì)應(yīng)的折射率，再求出多組折射率的平均值以減小誤差，故D錯(cuò)誤。(3)

如圖所示，實(shí)線表示將玻璃磚向下平移后的光路圖，而虛線是作圖時(shí)所采用的光路圖，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，入射角和折射角大小沒(méi)有變化，則由折射定律可知，該同學(xué)測(cè)得的折射率將不變。答案：(1)BCD

(2)A

(3)不變4．用“插針?lè)ā睖y(cè)量透明半圓柱形玻璃磚的折射率，O為玻璃磚截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚的平面垂直，下面4個(gè)圖中P1、P2、P