1、光学 相 对 论 简 介 实验：测定玻璃的折射率第十二章1.实验目的(1)会用插针法测定玻璃的折射率.(2)掌握光发生折射时，入射角和折射角的确定方法.2.实验原理 如图12-4-1所示，用插针法找出入射光线AO对应的出射光线OB，确定出射点O，画出折射光线OO，然后测量出入射角1和折射角2，根据 计算玻璃的折射率.图12-4-112sinsinn3.实验器材白纸、图钉、大头针、直尺、三角板、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖.4.实验步骤(1)将白纸用图钉固定在平木板上.(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)
2、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上竖直插入两枚大头针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挡住P1的像.再在观察的这一侧插两枚大头针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OB与bb交于O，直线OB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1=AON,折射角2=OON.用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中.(7)算出不同入
3、射角时 的值，比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次测得的 的平均值，作为测得的玻璃的折射率.12sinsin12sinsin5.注意事项(1)实验时，应将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P2与O之间、P3与P4之间、P3与O之间距离要稍大一些.(2)入射角1应适当大一些，以减小测量角度的误差.但不宜太大，也不宜太小，1应在30到60之间为宜.(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能用玻璃砖界面代替直尺画界线.(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的位置都不能改变.(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大.6.误差分析主要误差有两个：(1)入射光
4、线和出射光线确定得不够精确，因此要求插大头针时两大头针间距应较大.(2)入射角、折射角测量得不精确，为减小测量角度时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，否则光线会从玻璃砖的侧面射出，并且入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱.用插针法测折射率的方法用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，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、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓.如图12-4-2所示.(1)在本题的图上画出所需的光路.(2)为
5、了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是 ，在图上标出它们.(3)计算折射率的公式是n=.图12-4-2 (1)如下图所示，连接P1、P2交AB于O点，连接P3、P4交AC于O点，连接OO，过O点作AB面的法线MN，延长OO到G点，使OG=OE，过E点作法线MN的垂线交MN于F点，过G点作法线MN的垂线交MN于H点.(2)量出线段EF和GH的长.(3)由折射定律因为作图时量得OG=OE，所以玻璃的折射率为n=.12sinsinEFOEnGHOGEFGH 测定玻璃的折射率时，所给的玻璃砖不一定是平行的，也可能是三角形的、圆形的等等，测量方法没有改变，但思维有了迁移.本题也可以通过直接测量入射角1和
6、折射角2来计算玻璃的折射率.点评变式训练1：如图12-4-3所示，画有直角坐标系xOy的白纸位于水平桌面上，M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标的原点，下边直径与x轴重合，OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，是直线OA与y轴正方向的夹角，是直线OP3与y轴负方向的夹角，只要直线OA画得合适，且P3的位置取得正确，测得角和，便可求得玻璃的折射率.图12-4-3某学生利用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线OA上竖直插上了P1、P2两枚大头针，但在y0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像
7、，他应该采取的措施是 .若他已透过玻璃砖看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是 .若他已正确地测得了、的值，则玻璃的折射率n=.解析：这是一道利用光的折射知识进行介质玻璃折射率测量的实验题某同学在y0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，只能说明光在从玻璃向空气传播时因入射角过大而发生了全反射，采取的措施是另画一条更靠近y轴正方向的直线OA，把大头针P1、P2竖直地插在所画的直线上，直到在y0的区域内透过玻璃砖能看到P1、P2的像若该同学透过玻璃砖已看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是插上大头针P3，使P3刚好能挡住P1、P2的像若该同学已正确地测得了a、b
8、的值，由光的折射定律知，玻璃的折射率n=.sinsinba 测折射率的其他方法用如图12-4-4所示的装置可以测定玻璃的折射率.在光具盘上固定一块半圆柱形玻璃砖，使玻璃砖与圆盘的圆心重合.让激光束从玻璃砖圆弧面一侧射入，光束垂直玻璃砖底面并通过圆心O，保持入射光束方向不变，以圆心为轴逆时针方向缓慢转动光具盘，同时发现有两束光在光具盘上移动，当光具盘转过=30角时，发现其中一束光恰好消失，求新型玻璃砖的折射率n.本题是利用全反射测玻璃砖的折射率.由题意知，临界角C=30，由sinC=得，.1n112sinsin30nC图12-4-4变式训练 2：(2011天津卷)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率，开始玻璃砖的位置如图 12-4-5 中实线所示，使大头针 P1、P2 与圆心 O 在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心 O 缓缓转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察 P1、P2 的像，且 P2 的像挡住 P1 的像如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失，此时只需测量出 玻璃砖直径边绕 O 点转过的角度 ，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的方法表示出折射率 n 1sin.图1245