Question

由子实验室中矩形玻璃砖的数量不够，部分同学改用半圆形玻璃砖做“测定玻璃的折射率”实验．给定的器材还有：白纸、铅笔、大头针3枚（P₁、P₂、P₃）、直角三角板、量角器．实验时，先在一张白纸上画一直线ab作为玻璃砖的一个界面，标出点O，如图所示．然后过口点画一线段OA，在oA上垂直地插两枚大头针P₁、P₂；用OA表示人射光线．
①为了测量折射率，应如何正确使用大头针P₃

 

；试在题图中标出乃的位置．
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i与折射角γ．
③写出i、γ表示的折射率公式：n=

 

．
④为保证实验成功，∠MOA=

 

，原因是

 

．

Answer 1

分析：①为了测量折射率，插针时应让P₃挡住P₁、P₂的像．
②作出入射光线和折射光线，确定出光线从玻璃砖射向空气的入射角和折射角，再根据光路的可逆性，确定出光线从空气到玻璃中的入射角i与折射角γ．
③根据折射定律n=

sini

sinr

求折射率，此公式的条件是光从介质射入真空．
④光从玻璃砖射入空气中时经防止发生全反射，对照全反射的条件进行分析．

解答：解：①放上玻璃砖，使O点正好处于圆心的位置；在观察的这一侧竖直插一枚大头针P₃，让P₃挡住P₁、P₂的像．
②连接OP₃，作过O点与ab垂直的直线MN；用量角器量出∠MOA和∠NOB两角的大小，根据光路可逆性，当光线从空气射向玻璃砖时，∠NOB为入射角，记为i；∠MOA为折射角，记为r．
③折射率公式：n=

sini

sinr

④为保证实验成功，∠MOA不能大于玻璃的全反射临界角，如果∠MOA大于玻璃的全反射临界角，光线在ab边上发全反射，就无法观察到P₁、P₂，也无法确定P₃的位置．
故答案为：
①挡住P₁、P₂的像；
②如图所示；
③

sini

sinr

；
④不能大于玻璃的全反射临界角，如果∠MOA大于玻璃的全反射临界角，光线在ab边上发全反射，就无法观察到P₁、P₂，也无法确定P₃的位置．

点评：明确实验原理，了解具体实验操作，正确应用基本物理规律解决实验问题是学好实验的前提．