用插針法測定玻璃的折射率．
玻璃磚、木板、白紙、圖釘、大頭針、量角器、三角板、鉛筆．
1．如圖1所示，將白紙用圖釘按在繪圖板上，先在白紙上畫出一條直線aa′作為界面，過aa′上的一點O畫出界面的法線MN，并畫一條線段AO作為入射光線．2．把平行玻璃磚平放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，畫出玻璃磚的另一條長邊bb′.
3．在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線的方向，直到P1的像被P2擋住．再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P1、P2的像及P3，記下P3、P4的位置．4．移去玻璃磚連接P3、P4并延長交bb′于O′，連接OO′即為折射光線，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O′ON.5．用量角器測出入射角和折射角，查出它們的正弦值，將數(shù)據(jù)填入表格中．6．改變?nèi)肷浣铅?，重復(fù)實驗步驟，列表記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù)．
附：實驗數(shù)據(jù)的處理方法有
1．玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的．2．大頭針要插得豎直，且間隔要大些．3．入射角不宜過大或過小，一般在15°～75°之間．4．玻璃磚的折射面要畫準，不能用玻璃磚界面代替直尺畫界線．5．實驗過程中，玻璃磚和白紙的相對位置不能改變．
題型一　　對實驗原理及操作步驟的考查[例1]　一塊玻璃磚有兩個相互平行的表面，其中一個表面是鍍銀的(光線不能通過此表面)．現(xiàn)要測定此玻璃的折射率．給定的器材還有：白紙圖4
、鉛筆、大頭針4枚(P1、P2、P3、P4)、帶有刻度的直角三角板、量角器．實驗時，先將玻璃磚放到白紙上，使上述兩個相互平行的表面與紙面垂直．在紙上畫出直線aa′和bb′，aa′表示鍍銀的玻璃表面，bb′表示另一表面，如圖4所示．然后在白紙上豎直插上兩枚大頭針P1、P2.用P1、P2的連線表示入射光線．
(1)為了測量折射率，應(yīng)如何正確使用大頭針P3、P4?_______________________________________________________試在題圖中標出P3、P4的位置．(2)然后，移去玻璃磚與大頭針．試在題圖中通過作圖的方法標出光線從空氣中射到玻璃中的入射角θ1與折射角θ2.簡要寫出作圖步驟．______________________________________________________(3)寫出用θ1、θ2表示的折射率公式為n＝________.
[解析]　(1)在bb′一側(cè)觀察P1、P2(經(jīng)bb′折射，aa′反射，再經(jīng)bb′折射后)的像，在適當?shù)奈恢貌迳螾3，使得P3與P1、P2的像在一條直線上，即讓P3擋住P1、P2的像；再插上P4，讓它擋住P2(或P1)的像和P3，P3、P4的位置如圖5所示．圖5
(2)①過P1、P2作直線與bb′交于O；②過P3、P4作直線與bb′交于O′；③利用刻度尺找到OO′的中點M；④過O點作bb′的垂線CD，過M點作bb′的垂線與aa′相交于N，連接ON；⑤∠P1OD＝θ1，∠CON＝θ2.[答案]　見解析
題后反思注重對實驗基本原理、基本技能和方法的考查，一直是高考命題的根本原則．因此，理解并熟練掌握實驗的原理、方法，是學(xué)生做好實驗和備考的重中之重．另外，在數(shù)據(jù)處理上，可將正弦之比轉(zhuǎn)化為線段長度之比，使數(shù)據(jù)處理變得簡單而準確．
變式1—1　用三棱鏡做測定玻璃折射率的實驗，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側(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)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，在紙上標出的大頭針位置和三棱鏡輪廓如圖6所示．
(1)在本題的圖上畫出所需的光路．(2)為了測出棱鏡玻璃的折射率．需要測量的量是________、________，在圖上標出它們．(3)計算折射率的公式是n＝________.
解析：(1)如圖7所示，連接P1、P2交AB于O點，連接P3、P4交AC于O′點，連接OO′，過O點作AB面的法線MN，延長OO′到G點，使OG＝OE，過E點作法線MN的垂線交MN于F點，過G點作法線MN的垂線，交MN于H點．
1．用兩面平行的玻璃磚測定玻璃的折射率的實驗中，已畫好玻璃磚界面aa′和bb′，不慎將玻璃磚向上平移了一些，放在圖8所示的位置上，而實驗中其他操作均正確，測得的折射率將(　　)A．偏大　　　　　　　　B．偏小C．不變 D．無法確定
解析：經(jīng)過玻璃磚的光路如圖9中實線所示，由于所作的玻璃磚分界線不是實際的分界線，如圖中虛線所示，由幾何知識可知，測出的折射角與正確值相同．答案：C
2．如圖10所示，某同學(xué)用插針法測定一半圓形玻璃磚的折射率，在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實線部分)另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3.圖中MN為分界面，虛線半圓與玻璃磚對稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點．
(1)設(shè)AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量________，則玻璃磚的折射率可表示為________．(2)該同學(xué)在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O(shè)為圓心順時針轉(zhuǎn)過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將________．(填“偏大”、“偏小”或“不變”)
3．如圖11所示，畫有直角坐標系Oxy的白紙位于水平桌面上．M是放在白紙上的半圓形玻璃磚，其底面的圓心在坐標原點，直邊與x軸重合，OA是畫在紙上的直線，P1、P2為豎直地插在直線OA上的兩枚大頭針，P3是豎直地插在紙上的第三枚大頭針，α是直線OA與y軸正方向的夾角，β是直線OP3與y軸負方向的夾角．只要直線OA畫得合適，且P3的位置取得正確，測出角α和β，便可求得玻璃的折射率．
某學(xué)生在用上述方法測量玻璃的折射率時，在他畫出的直線OA上豎直地插上了P1、P2兩枚大頭針．但在y

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1 光的反射和折射

版本： 人教版 (新課標)

年級： 選修3

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