Question

由子實(shí)驗(yàn)室中矩形玻璃磚的數(shù)量不夠，部分同學(xué)改用半圓形玻璃磚做“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)．給定的器材還有：白紙、鉛筆、大頭針3枚（P₁、P₂、P₃）、直角三角板、量角器．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在一張白紙上畫一直線ab作為玻璃磚的一個(gè)界面，標(biāo)出點(diǎn)O，如圖所示．然后過口點(diǎn)畫一線段OA，在oA上垂直地插兩枚大頭針P₁、P₂；用OA表示人射光線．
①為了測(cè)量折射率，應(yīng)如何正確使用大頭針P₃

 

；試在題圖中標(biāo)出乃的位置．
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(biāo)出光線從空氣到玻璃中的入射角i與折射角γ．
③寫出i、γ表示的折射率公式：n=

 

．
④為保證實(shí)驗(yàn)成功，∠MOA=

 

，原因是

 

．

Answer 1

分析：①為了測(cè)量折射率，插針時(shí)應(yīng)讓P₃擋住P₁、P₂的像．
②作出入射光線和折射光線，確定出光線從玻璃磚射向空氣的入射角和折射角，再根據(jù)光路的可逆性，確定出光線從空氣到玻璃中的入射角i與折射角γ．
③根據(jù)折射定律n=

sini

sinr

求折射率，此公式的條件是光從介質(zhì)射入真空．
④光從玻璃磚射入空氣中時(shí)經(jīng)防止發(fā)生全反射，對(duì)照全反射的條件進(jìn)行分析．

解答：解：①放上玻璃磚，使O點(diǎn)正好處于圓心的位置；在觀察的這一側(cè)豎直插一枚大頭針P₃，讓P₃擋住P₁、P₂的像．
②連接OP₃，作過O點(diǎn)與ab垂直的直線MN；用量角器量出∠MOA和∠NOB兩角的大小，根據(jù)光路可逆性，當(dāng)光線從空氣射向玻璃磚時(shí)，∠NOB為入射角，記為i；∠MOA為折射角，記為r．
③折射率公式：n=

sini

sinr

④為保證實(shí)驗(yàn)成功，∠MOA不能大于玻璃的全反射臨界角，如果∠MOA大于玻璃的全反射臨界角，光線在ab邊上發(fā)全反射，就無法觀察到P₁、P₂，也無法確定P₃的位置．
故答案為：
①擋住P₁、P₂的像；
②如圖所示；
③

sini

sinr

；
④不能大于玻璃的全反射臨界角，如果∠MOA大于玻璃的全反射臨界角，光線在ab邊上發(fā)全反射，就無法觀察到P₁、P₂，也無法確定P₃的位置．

點(diǎn)評(píng)：明確實(shí)驗(yàn)原理，了解具體實(shí)驗(yàn)操作，正確應(yīng)用基本物理規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問題是學(xué)好實(shí)驗(yàn)的前提．