Question

16．图1是某同学用平行玻璃砖测玻璃折射率的实验，图中aa′和bb′分别代表玻璃砖的两个界面．

（1）若AO代表入射光线O′B代表出射光线，则OO′代表折射光线，玻璃的折射率可以用公式n=$\frac{sini}{sinr}$进行计算．
（2）若实验中，已画好玻璃砖界面aa′和bb′，不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在图中所示公交车，实验中其他操作均正确，测得的折射率将C．
A．偏大    B．偏小    C．不变    D．无法确定
（3）若实验中利用了图3所示的玻璃砖，以插针法测玻璃的折射率，如图P₁、P₂、P₃、P₄为插针位置，由于玻璃砖的两个面aa′和bb′明显不平行，那么P₁P₂和P₃P₄不平行（填“平行”或“不平行”）；这件事对测得的折射率无（填“有”或“无”）影响．
（4）如图4所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′和bb′与玻璃砖位置的关系分别如图中的①、②和③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖，他们的其他操作均正确，且均以aa′和bb′为界面画光路图，则：
①甲同学测得的折射率与真实值相比偏小（填“偏大”“偏小”或“不变”）．
②乙同学测得的折射率与真实值相比不变（填“偏大”、“偏小”或“不变”）
③丙同学测得的折射率与真实值相比不确定．

Answer 1

分析 测定玻璃的折射率的实验原理是折射定律n=$\frac{sini}{sinr}$．若已画好玻璃砖界面aa′和bb′后，作光路图时，就以aa′为边界，根据实际的边界与作图的边界不同，作出光路图，比较将玻璃砖向上平移时，入射角和折射角的关系，分析误差情况；
用插针法测定玻璃砖折射率的实验原理是折射定律n=$\frac{sini}{sinr}$，作出光路图，确定折射光线的偏折情况，分析入射角与折射角的误差，来确定折射率的误差．

解答 解：（1）若AO代表入射光线O′B代表出射光线，则OO′代表折射光线，
玻璃的折射率可以用公式：n=$\frac{sini}{sinr}$；
（2）经过玻璃砖的光路如图中1所示，由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线，如图2中虚线所示，由几何知识可知，测出的折射角与正确操作时相同．
根据折射定律n=$\frac{sini}{sinr}$得知，测得的折射率将不变．故C正确；
（3）无论玻璃砖的两个面aa′和bb′是否平行，进入玻璃时折射光线射到的位置固定不变，即P₂P₃在bb′面上照射的位置固定，
但是aa′和bb′不平行时在bb′面的入射角比平行时的入射角大，则折射角也会变大，但折射角增大的度数与入射角增大的度数不相等，故P₁P₂和P₃P₄ 不平行；
测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关，故玻璃的两个光学面aa′、bb′不平行，对玻璃折射率的测定结果没有影响；
（4）甲同学测量的光路图如图甲所示，真实值n=$\frac{sini}{sinr}$，测量值n′=$\frac{sini}{sinr′}$，因r′＞r，故n＞n′，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小；
乙同学测量的光路图如图乙所示，测量值n=$\frac{sini}{sinr}$，与真实值相等；
丙同学的测量可能出现三种可能，光路图如图丙所示，当出射点为c时，测量值与真实值相同，当出射点在c左侧时，测量值小于真实值，当出射点在c点右侧时，测量值大于真实值，故丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大，可能偏小，可能不变．

故答案为：（1）折射光线，n=$\frac{sini}{sinr}$；（2）C；（3）不平行，无；（4）偏小；不变；可能偏大，可能偏小，可能不变．

点评 本题关键是作出光路图，分析实际边界与作图边界不同时，测出的折射角与正确操作时折射角的关系相同；
对于本实验的实验误差，要紧扣实验原理，运用作图法，确定出入射角与折射角的误差，即可分析折射率的误差．对平行玻璃玻璃砖特性，可根据折射定律和光路可逆性原理来理解；
对于实验误差，要紧扣实验原理，用作图法，确定出入射角与折射角的误差，即可分析折射率的误差．