1、第十三章 光实 验测定玻璃的折射率一、实验目的：掌握测定玻璃折射率的方法二、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，用量角器测出入射角 1 和折射角 2，根据折射定律计算出玻璃的折射率 nsin 1sin 2.三、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 P
2、1、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 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 1AON，折射角 2OON，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为 30、45、60时的折射角五、数据处理1计算法：通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，得出入射角和折射角的正弦值，
3、再代入 nsin 1sin 2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图象法：求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin 1sin 2 图象，由 nsin 1sin 2可知图象应为直线，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 OA 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 EH，如图所示(2)由图中关系 sin 1EHOE，sin 2EHOE，OEOER则 nsin 1sin 2 EHEH，只要用刻度尺测出 EH
4、、EH的长度就可以求出 n.六、注意事项1实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，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 1 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5玻璃砖应选用宽度较大的，宜在 5 cm 以上若宽度太小，则测量误差较大七、实验误差1入射光线和出射光线画得不够精确因此，要求插大头针时两大头针间距应稍大2入射角、折射角测量不精确为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱 实验原理和数据
5、处理 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，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 和 P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示(1)在图中画出所需的光路(2)为了测出玻璃棱镜的折射率，需要测量的量是_、_，在图中标出它们(3)计算折射率的公式是 n_解析(1)如图所示，过 P1、P2 作直线交 AB 于 O，过 P3、P4 作直线交 AC 于O，连接 OO就是光在棱镜中的光路(2)需要测量入射角 i、折射角 r.(3)由折射定
6、律有 nsin isin r.答案(1)见解析图(2)入射角 i 折射角 r 见解析图(3)sin isin r 实验操作和误差分析 在“测定玻璃的折射率”实验中：(1)为了取得较好的实验效果，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其中正确的是_(2)A 同学在画界面时，不小心将两界面 aa和 bb间距画得比玻 璃 砖 宽 度 大 些，如 图 甲 所 示，则 他 测 得 的 折 射 率_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)(3)B 同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后
7、，以 O 点为圆心，OA 为半径画圆，并延长 OO交圆于 C 点，过 A 点和 C 点作垂直于法线的直线分别交于 B点和 D 点，如图乙所示，则他只需要测量_，就可求出玻璃的折射率 n_解析(1)插针法测定折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，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时，相同的距离误差，引起的角度误差会减小，效果会好些，故 D 正确(2)如图，实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图，由图
8、看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小 答案(1)CD(2)偏小(3)AB、CD 的距离 ABCD(3)根据折射定律得，nsin AOBsin DOCABRCDRABCD，可知需要测量 AB、CD 的距离，折射率 nABCD.实验的改进与创新 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“测定玻璃的折射率”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、ab作为三棱镜的两个界面，并在直线上标出点 O；b标出 P3、P4 的位置；c将三棱镜放在白纸上，使短边跟 ab 对齐，长边跟 ab对齐；d在长边 ab
9、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；e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 和 P1、P2 的像；f过 O 点作一垂直 ab 的线段 OA，在 OA 上垂直纸面插两枚大头针 P1、P2；g移去三棱镜和大头针，连接 P3P4 交 ab于 O点，过 O点作与 ab垂直的直线 MN；h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)请根据图中所给数据，求出该玻璃的折射率 n.解析 利用插针法确定光路，注意有时挡住的是物体本身，有时挡住的是物体的像，目的是确定某一入射光线和对应的出射光线，以利用折射定律求解折射率 答案(1)a、f、c、d、e、b、g、h(2)光路如图所示(3)nsin 45sin 30 2本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
