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实验:测量玻璃的折射率
[定位·学习目标]　
1.知道测量玻璃的折射率的原理、方法和步骤。2.会确定入射光线、折射光线、入射角及折射角。3.学会用不同方法计算玻璃的折射率。
探究·必备知识
一、实验目的
测量玻璃折射率,学习用插针法确定光路。
二、实验原理
三、实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。
四、实验步骤
1.如图所示,将白纸用图钉钉在水平木板上。
2.在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线),过aa′上的一点O画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线。
3.把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一边bb′。
4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。
5.移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′,直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。
6.连接OO′,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O′ON′,用量角器量出入射角和折射角。
7.用上述方法测出入射角分别大约为30°、45°、60°时的折射角。
五、数据处理
1.计算法
2.图像法
3.单位圆法
在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。
(1)以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线AO于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′,如图所示。
六、误差分析
实验误差主要有两个:
1.入射光线和出射光线确定的不够精确,因此要求插大头针时两大头针间距应较大。
2.入射角、折射角测量的不精确,为减小测角时的相对误差,主要从以下方面入手:
(1)选用玻璃砖宽度宜在5 cm以上,若宽度太小则测量误差较大。
(2)入射角宜在15°～75°范围内取值。
(3)在纸上画aa′、bb′两条线时,应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合,这样,两交点O1、O2才能与光线的实际入射点较好地相符,否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重。
七、注意事项
1.实验时,尽可能将大头针竖直插在白纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。
2.入射角θ1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。
3.在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖界面当尺子画
界线。
4.在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
突破·关键能力
要点一　实验原理、操作与数据处理
[例1] (2024·广东汕尾期末)在利用“插针法”测定玻璃砖的折射率实验中,如图甲所示,先将玻璃砖平放到水平面内的白纸上,贴着玻璃砖前后两个面在纸上描点后画出直线m1m2和k1k2,然后在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2。
(1)准备插第三枚大头针时,应在　　　　(选填“m1m2”或“k1k2”)侧观察。
m1m2
【解析】 (1)先在白纸上放上玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并插第三枚大头针。
(2)插第三枚大头针时,这枚大头针　　　　。
A.挡住P1的像即可
B.挡住P2的像即可
C.应同时挡住P1和P2的像
C
【解析】 (2)插第三枚大头针时,这枚大头针应同时挡住P1和P2的像。故选C。
(3)插完所需的大头针,补全光路。图乙为光路的一部分, A1、B1均为光路上的点,分别过A1、B1作直线k1k2的垂线,垂足分别为A2、B2,测得A2O=4.00 cm,
B2O=2.80 cm, A1O=B1O,则玻璃砖的折射率n=　　　　。
1.43
[例2] (1)如图甲所示,在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,下列说法正确的是　　　　。(多选)
A.应选取较厚的玻璃砖
B.为减小测量误差,P1 、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量小些
C.为了减小作图误差,P3 和P4 的距离应适当取大些
AC
【解析】 (1)为了减小实验误差,应选取较厚的玻璃砖,A正确;为减小测量误差,入射角应适当大一些,则P1 、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量大些,B错误;为了减小作图误差,P3 和P4 的距离应适当取大些,C正确。
(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度　　　　(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
大
【解析】 (2)玻璃砖的宽度越大,光线通过玻璃板的侧移量越大,测量误差越小,故为了减小误差应选用宽度大的玻璃砖来测量。
(3)在该实验中,光线是由空气射入玻璃砖,根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图乙所示,从图线可知玻璃砖的折射率是　　　　。
1.5
(4)该实验小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线P1O、折射光线OO′分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN′的垂线,垂足分别为C、D点,如图丙所示,则玻璃的折射率n=
　　　　(用图中线段的字母表示);进一步测得所需数据分别为AC=1.68 cm和BD=1.12 cm,则该玻璃砖的折射率数值为　　　　。
1.5
(5)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,A、B两名同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图丁中①②所示,其中同学A用的是矩形玻璃砖,同学B用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa′ 、bb′为界面画光路图。则同学A测得的折射率与真实值相比　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”);同学B测得的折射率与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
偏小
不变
【解析】 (5)题图丁①同学A测定折射率时,作出的折射光线如图中虚线所
示, 实线表示实际光线,可见折射角增大,则由折射定律可知,折射率将偏小;题图丁②测折射率时,主要操作正确,与玻璃砖形状无关,故同学B测得的折射率与真实值相比不变。
要点二　实验的改进与创新
“测量玻璃的折射率”实验中,也可以用三棱镜、半圆形玻璃砖等进行测量。实验中只要利用“插针法”定出入射光线和出射光线,其与界面的交点就是入射点和出射点,连接入射点和出射点就能作出折射光线,一样可以测出折射率。光路图如图所示。
[例3] 用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3以及P1和P2的像,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓,如图甲所示,其中O为两圆弧所在圆的圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线。
(1)在图上补画出完整的光路。
【答案及解析】 (1)P3、P4的连线与CD的交点即为光线从玻璃砖中射出的位置,P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置,连接这两点即可作出玻璃砖中的光路,如图所示。
(2)为了测出玻璃砖的折射率,需要测量入射角i和折射角r,请在图甲中的AB分界面上画出这两个角。
【答案及解析】 (2)连接O点与光线在AB上的入射点所得直线即为法线,作出入射角i和折射角r如图所示。
(3)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根据测得的入射角i和折射角r的正弦值,画出了如图乙所示的图像,由图像可知该玻璃的折射率n=
　　　　。
1.5
感谢观看实验:测量玻璃的折射率
[定位·学习目标]　1.知道测量玻璃的折射率的原理、方法和步骤。2.会确定入射光线、折射光线、入射角及折射角。3.学会用不同方法计算玻璃的折射率。
一、实验目的
　测量玻璃折射率,学习用插针法确定光路。
二、实验原理
　用插针法确定光路,找出跟入射光线相对应的折射光线,测出入射角θ1和折射角θ2,根据折射定律计算出玻璃的折射率n=。
三、实验器材
　玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。
四、实验步骤
1.如图所示,将白纸用图钉钉在水平木板上。
2.在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线),过aa′上的一点O画出界面的法线NN′,并画一条线段AO作为入射光线。
3.把长方形玻璃砖放在白纸上,使它的长边跟aa′对齐,画出玻璃砖的另一边bb′。
4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。
5.移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′,直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。
6.连接OO′,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O′ON′,用量角器量出入射角和折射角。
7.用上述方法测出入射角分别大约为30°、45°、60°时的折射角。
五、数据处理
1.计算法
通过量角器测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射角、折射角的正弦值,再代入n=中求多次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。
2.图像法
求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sin θ1sin θ2图像,由n=可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
3.单位圆法
在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。
(1)以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线AO于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′,如图所示。
(2)由图中关系sin θ1=,sin θ2=,OE=OE′=R,则n==,只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
六、误差分析
　实验误差主要有两个:
1.入射光线和出射光线确定的不够精确,因此要求插大头针时两大头针间距应较大。
2.入射角、折射角测量的不精确,为减小测角时的相对误差,主要从以下方面入手:
(1)选用玻璃砖宽度宜在5 cm以上,若宽度太小则测量误差较大。
(2)入射角宜在15°～75°范围内取值。
(3)在纸上画aa′、bb′两条线时,应尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合,这样,两交点O1、O2才能与光线的实际入射点较好地相符,否则将使画出的玻璃中的光路与实际情况偏离严重。
七、注意事项
1.实验时,尽可能将大头针竖直插在白纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。
2.入射角θ1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。
3.在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
4.在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
要点一　实验原理、操作与数据处理
[例1] (2024·广东汕尾期末)在利用“插针法”测定玻璃砖的折射率实验中,如图甲所示,先将玻璃砖平放到水平面内的白纸上,贴着玻璃砖前后两个面在纸上描点后画出直线m1m2和k1k2,然后在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2。
(1)准备插第三枚大头针时,应在　　　　(选填“m1m2”或“k1k2”)侧观察。
(2)插第三枚大头针时,这枚大头针　　　　。
A.挡住P1的像即可
B.挡住P2的像即可
C.应同时挡住P1和P2的像
(3)插完所需的大头针,补全光路。图乙为光路的一部分,A1、B1均为光路上的点,分别过A1、B1作直线k1k2的垂线,垂足分别为A2、B2,测得A2O=4.00 cm,B2O=2.80 cm,A1O=B1O,则玻璃砖的折射率n=　　　　。
【答案】 (1)m1m2　(2)C　(3)1.43
【解析】 (1)先在白纸上放上玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并插第三枚大头针。
(2)插第三枚大头针时,这枚大头针应同时挡住P1和P2的像。故选C。
(3)玻璃砖的折射率n===≈1.43。
[例2] (1)如图甲所示,在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,下列说法正确的是　　　　。(多选)
A.应选取较厚的玻璃砖
B.为减小测量误差,P1 、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量小些
C.为了减小作图误差,P3 和P4 的距离应适当取大些
(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度　　　　(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
(3)在该实验中,光线是由空气射入玻璃砖,根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图乙所示,从图线可知玻璃砖的折射率是　　　　。
(4)该实验小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线P1O、折射光线OO′分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN′的垂线,垂足分别为C、D点,如图丙所示,则玻璃的折射率n=　　　　(用图中线段的字母表示);进一步测得所需数据分别为AC=1.68 cm和BD=1.12 cm,则该玻璃砖的折射率数值为　　　　。
(5)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,A、B两名同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图丁中①②所示,其中同学A用的是矩形玻璃砖,同学B用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa′ 、bb′为界面画光路图。则同学A测得的折射率与真实值相比　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”);同学B测得的折射率与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】 (1)AC　(2)大　(3)1.5　(4)　1.5
(5)偏小　不变
【解析】 (1)为了减小实验误差,应选取较厚的玻璃砖,A正确;为减小测量误差,入射角应适当大一些,则P1 、P2的连线与法线NN′的夹角应尽量大些,B错误;为了减小作图误差,P3 和P4 的距离应适当取大些,C正确。
(2)玻璃砖的宽度越大,光线通过玻璃板的侧移量越大,测量误差越小,故为了减小误差应选用宽度大的玻璃砖来测量。
(3)由折射率公式,即n=,代入数据,可得n==1.5。
(4)设圆的半径为r,入射角为α,则有sin α=,折射角为β,则有sin β=,故可得玻璃的折射率为n=;当测得所需数据分别为AC=1.68 cm 和BD=1.12 cm,则该玻璃砖的折射率数值n===1.5。
(5)题图丁①同学A测定折射率时,作出的折射光线如图中虚线所示,
实线表示实际光线,可见折射角增大,则由折射定律可知,折射率将偏小;题图丁②测折射率时,主要操作正确,与玻璃砖形状无关,故同学B测得的折射率与真实值相比不变。
要点二　实验的改进与创新
　“测量玻璃的折射率”实验中,也可以用三棱镜、半圆形玻璃砖等进行测量。实验中只要利用“插针法”定出入射光线和出射光线,其与界面的交点就是入射点和出射点,连接入射点和出射点就能作出折射光线,一样可以测出折射率。光路图如图所示。
[例3] 用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3以及P1和P2的像,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓,如图甲所示,其中O为两圆弧所在圆的圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线。
(1)在图上补画出完整的光路。
(2)为了测出玻璃砖的折射率,需要测量入射角i和折射角r,请在图甲中的AB分界面上画出这两个角。
(3)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根据测得的入射角i和折射角r的正弦值,画出了如图乙所示的图像,由图像可知该玻璃的折射率n=　　　　。
【思路点拨】 插针的目的在于确定光路,由四枚大头针的位置可以分别确定进入玻璃砖前和射出玻璃砖后的光路,从而确定光线进入和射出玻璃砖的位置,并画出玻璃砖中的光路。
【答案】 (1)图见解析　(2)图见解析　(3)1.5
【解析】 (1)P3、P4的连线与CD的交点即为光线从玻璃砖中射出的位置,P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置,连接这两点即可作出玻璃砖中的光路,如图所示。
(2)连接O点与光线在AB上的入射点所得直线即为法线,作出入射角i和折射角r如图所示。
(3)题图乙中图线的斜率k==n=1.5,即该玻璃砖的折射率为1.5。
课时作业
(分值:40分)
1.(8分)(2024·宁夏吴忠期中)在“测量玻璃的折射率”实验中,
(1)如图甲,用插针法测量玻璃砖折射率,下列说法正确的是　　　。
A.若P1、P2的距离较大,通过玻璃砖会看不到P1、P2的像
B.不能用手触摸光学表面
(2)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,测出来的折射率　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)该实验小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN′的垂线,垂足分别为C、D点,如图乙所示,则玻璃的折射率n=　　　　(用图中线段的字母表示)。
【答案】 (1)B　(2)偏小　(3)
【解析】 (1)根据光路的可逆性可知,若P1、P2的距离较大时,通过玻璃砖仍会看到P1、P2的像,故A错误;手拿光学元器件时切忌用手触摸“光学面”,以防脏污甚至腐蚀光学面造成永久的损坏,故B正确。
(2)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,作出虚线所示光路如图所示,
则在aa′界面的折射角θ2偏大,由n=可知,折射率偏小。
(3)设圆的半径为r,入射角为θ1,折射角为θ2,则玻璃的折射率为n===。
2.(8分)由于实验室中矩形玻璃砖的数量不够,部分同学需改用直角三棱镜做“测量玻璃的折射率”的实验,实验步骤如下:
a.如图所示,先在一张白纸上作相互垂直的直线ab、a′b′作为三棱镜的两个界面,并在直线上标出点O;
b.将三棱镜放在白纸上,使直角边的短边跟ab对齐,长边跟a′b′对齐;
c.在长边a′b′的外侧透过三棱镜观察大头针P1、P2的像,调整视线方向,直到P1的像完全被P2的像挡住;
d.在观察的这一侧依次插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像;
e.在O点作一垂直于ab的线段OA,在OA上垂直地插两枚大头针P1、P2;
f.移去三棱镜和大头针,连接P3P4,交a′b′于O′,过O′点作与a′b′垂直的直线MN;
g.作光路图,计算折射率n。
(1)正确的实验步骤顺序为　　　　　　　　。
(2)请在图中画出准确完整的光路图。
(3)由图中所给数据可知,该玻璃的折射率 n=　　　　。
【答案】 (1)aebcdfg　(2)图见解析　(3)
【解析】 (1)测量玻璃的折射率时,先在白纸上作出三棱镜的边界,选定入射点,确定入射光线,然后把三棱镜放在白纸上,确定出折射光线;撤去三棱镜,作出光路图,求出入射角与折射角,根据折射定律求出折射率,因此正确的实验步骤顺序为aebcdfg。
(2)光路图如图所示。
(3)由几何知识可知a′b′界面的折射角β=30°,故该玻璃的折射率n==。
3.(6分)(2024·重庆沙坪坝期末)某同学用插针法测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤
如下:
①如图甲所示,在平铺的白纸上画出直线MN作为界面,垂直MN作法线相交于点O,并画出一条线段O′O作为入射光线。把半圆柱体玻璃砖放在白纸上,并使其直边与MN重合,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线(图中实线部分),再作虚线半圆与半圆弧轮廓线对称。
②在直线O′O上垂直纸面插上大头针P1、P2,并在玻璃砖另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像。
③拿走玻璃砖,连接OP3作为折射光线,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,垂直于法线作线段BA、CD并分别交法线于A、D点。延长BO交半圆弧于点E。
④过E作法线的垂线EF,F是垂足,并用刻度尺分别测量CD的长度x和EF的长度y。
⑤改变入射角,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出yx图像,如图乙所示。
(1)根据图乙,可计算得到玻璃砖的折射率为　　　　。
(2)该同学将玻璃砖向上平移一小段距离,重复上述实验,作出光路图后发现光线恰好从玻璃砖最底部出射,此时出射光线与入射光线　　　　(选填“平行”或“不平行”)。
【答案】 (1)1.6　(2)平行
【解析】 (1)设半圆弧的半径为R,则有n=====1.6。
(2)入射光线方向不变,将玻璃砖向上平移一小段距离,则入射点左移,光线恰好从玻璃砖最底部出射,作出光路图如图所示,利用光路可逆原理,根据几何关系可知,第二次折射的折射角等于第一次折射的入射角,即θ=θ′,则出射光线平行于入射光线。
4.(8分)在“测玻璃的折射率”实验中:
(1)为了取得较好的实验效果,下列操作正确的是　　　　。(多选)
A.必须选用上下表面平行的玻璃砖
B.选择的入射角应尽量小些
C.大头针应垂直地插在纸面上
D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些
(2)小明同学由于没有量角器,在完成了光路图以后,以O点为圆心,以10.00 cm长为半径画圆,分别交线段OA于A点,交O和O′连线延长线于C点,过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点,过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点,如图甲所示,用刻度尺量得OB=8.00 cm,
CD=4.00 cm,由此可得出玻璃的折射率n=　　　　(计算结果保留3位有效数字)。
(3)小丽同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后,不小心碰到了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许,如图乙所示。则他测出的折射率将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】 (1)CD　(2)1.50　(3)不变
【解析】 (1)用“插针法”测折射率时,不一定要选用上下表面平行的玻璃砖,故A错误;为了减小测量的相对误差,选择的入射角应尽量大些,效果会更好,故B错误;为了准确确定入射光线和折射光线,大头针应垂直地插在纸面上,故C正确;大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些,会减小角度测量误差,故D正确。
(2)根据几何关系知AB==6.00 cm,则折射率n===1.50。
(3)如图所示,实线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图,而虚线是作图时所采用的光路图,通过比较发现,入射角和折射角没有变化,则由折射定律可知乙同学测得的折射率将不变。
5.(10分)制作近视眼镜时需要控制镜片的厚度。某同学猜想:制作相同度数的眼镜,镜片的厚度与其材料的折射率相关。为探究该猜想,他找来度数相同、镜片厚度不同的两副眼镜,以及两个形状相同的半圆形玻璃砖1(与厚镜片材质相同)和玻璃砖2(与薄镜片材质相同)。设计了如下实验:
a.用刻度尺测出半圆形玻璃砖的直径D;
b.如图所示,在木板上固定一张白纸,将玻璃砖水平放置在白纸上,用笔描出砖的边界,移走玻璃砖,在纸上标出圆心O、直径AB、AB的垂线OC;
c.将玻璃砖1放在白纸上,使之与边界完全重合,用长直刻度尺MN紧靠A点并与AB垂直放置;
d.调节激光器,使光线沿PO射向圆心O,并使长直尺MN的左右两端均出现亮点,记下左侧亮点到A点的距离为x1,右侧亮点到A点距离为x0;
e.移走玻璃砖1,将玻璃砖2置于玻璃砖1原来位置,使光线仍沿PO方向射向圆心O,并使长直尺MN的左右两端均出现亮点,并记下左侧亮点到A点的距离为x2。
(1)画出步骤d、e中对应的光路图(x1>x2)。
(2)玻璃砖1的折射率可表示为　　　　　　。
(3)测得x1>x2,可知厚镜片材质的折射率比薄镜片材质的折射率　　　　(选填“大”或“小”)。该实验主要采用的实验方法是　　　　(选填“放大法”“理想实验法”或“替代法”)。
【答案】 (1)图见解析　(2)
(3)小　替代法
【解析】 (1)画出步骤d、e中对应的光路图如图所示。
(2)玻璃砖1的折射率可表示为
n1===。
(3)根据n1=可知因两次实验中x0相同,x1越大,折射率越小,因为x1>x2,可知厚镜片材质的折射率比薄镜片材质的折射率小;该实验主要采用的实验方法是替代法。

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