实验14：测定玻璃的折射率

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,实验14：测定玻璃的折射率,一、实验目的,测定玻璃的折射率。,二、实验原理,如图3.4-5-1所示，只要我们能够找出跟某一入射光线对应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，从而可以测出折射角,2,。根据光的折射定律,n,sin,1,/sin,2,，就可以求出玻璃的折射率。,三、实验器材,玻璃砖、量角器、直角三角板、方木板、白纸、大头针、图钉、铅笔。,1,四、实验步骤,1.用图钉将白纸固定在方木板上。,2.在白纸上画直线,aa,作为玻璃砖的一个界面，过,aa,上的一点,O,画界面,aa,的法线,NN,，再画直线,AO,作为入射光线。,3.把梯形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟,aa,对齐，画出玻璃砖的另外一边,bb,。,4.在直线,AO,上竖直插上两枚大头针,P,1,、,P,2,，透过玻璃砖观察大头针,P,1,、,P,2,的像。移动视线的方向，直到,P,1,的像被,P,2,的像挡住。,5.再在观察者的这一侧插两枚大头针,P,3,、,P,4,，使,P,3,挡住,P,1,、,P,2,的像，,P,4,挡住,P,3,、,P,2,和,P,1,的像。,6.记下,P,3,、,P,4,的位置，移去玻璃砖和大头针。,7.过,P,3,、,P,4,引一直线,EB,与,bb,交于,O,，,O,B,就表示沿,AO,方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。,8.连接,OO,，,OO,就是玻璃砖内折射光线的方向，入射角,1,AON,，折射角,2,O,ON,。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里。,9.用上面方法分别测出入射角是30、45、60时的折射角，查出它们的正弦值，把得到的数据记录在表格里。,10.算出不同入射角时sin,1,/sin,2,的比值。比较一下，看它们是否接近于一个常数，求出几次测得的sin,1,/sin,2,的平均值，作为测量结果。,2,五、注意事项,1.实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且,P,1,和,P,2,之间，,P,2,与,O,点之间，,P,3,与,P,4,之间，,P,3,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，但入射角也不宜太大。,3.在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，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5cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。,6.由于实验中测出的入射角和折射角是一一对应的，每次实验应将各针孔重新编号或重画一幅图，以免相混。,7.入射点,O,应尽量靠近玻璃砖,aa,的左端，使之在玻璃砖的,bb,侧能够找到与,AO,入射光线对应的出射光线。,六、误差分析,1.入射光线、出射光线的确定造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。,2.入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。,3,【,例,1】在用插针法做“测定玻璃的折射率”的实验中，某同学操作步骤如下：,将记录光路的白纸铺放在平板上；,手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上；,用铅笔环绕玻璃砖画出边界,aa,和,bb,；,在,aa,上选择一点,O,，作为不同入射角的入射光线的共同入射点，,画出入射角,分别为0、30、45的入射光线；,用“插针法”分别得到各条入射光线的折射光线，观察时着重看大头,针帽是否在一条直线上。取下玻璃砖、大头针，连接各针孔，发现,所画折射光线中有两条相交，量出各个折射角,2,；,按公式分别计算sin,1,/sin,2,，取三个值的平均值。,以上步骤中有错误或不妥之处的是：_；应改正为：,_,_,_。,热点一 实验步骤的考查,中应使直尺与玻璃砖的界面对齐，移开玻璃砖后再画边界线；中入射角要取以外的三组数据；中大头针要竖直插牢，观察时看针脚是否在同一条直线上,4,【,例,2】用三棱镜做“测定玻璃的折射率”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,P,1,和,P,2,，然后在棱,镜的另一侧观察，调整视线使,P,2,挡住,1,的像，接着在眼睛,所在的一侧插两枚大头针,P,3,、,P,4,，使,P,3,挡住,P,1,和,P,2,的,像，,P,4,挡住,P,3,和,P,1,、,P,2,的像，在纸上标出的大头针位置,和三棱镜轮廓如图3.4-5-2所示。,(1)在本题的图上画出所需的光路。,(2)为了测出玻璃棱镜的折射率，需要测量的量是_、,_，在图上标出它们。,(3)计算折射率的公式是,n,_。,热点二 实验数据的处理,图3.4-5-2,【,答案,】(1)见解析,(2) (或图中线段,EF,、,EO,、,GH,、,OG,的长度)见解析中图,(3) 或(,EF,OG,)/(,GH,OE,),入射角,1,折射角,2,sin,1,sin,2,5,【,解析,】根据插针确定的光线,路径画出光路图，如图3.4-5-3所,示，连接,P,1,、,P,2,点作直线交,AC,边于,O,点；连接,P,3,、,P,4,点作直线,交,AB,边于,O,点，再连接,OO,点，即光线传播路径，过,O,点作,A,C,的法线,FH,，可量出,1,、,2,，,根据折射定律,n,sin,1,/sin,2,，用量角器量角度误差较大，可以转化成量长度。因sin,1,EF,/,EO,，sin,2,GH,/,GO,，所以,n,=(,EF,OG,)/(,GH,OE,)，若作图时，使,GO,EO,，则,n,EF,/,GH,，可以简化计算。,图3.4-5-3,6,