1、实验15 测定玻璃的折射率,-2-,一、实验目的 1.测定玻璃的折射率。 2.学会用插针法确定光路。 二、实验原理 实验原理如图所示,当光线AO1以一定的入射角1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B,从而找出折射光线O1O2和折射角2,再根据 ,求出玻璃的折射率。,-3-,三、实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、刻度尺、铅笔。 四、实验步骤 1.如图所示,把白纸铺在木板上。,-4-,2.在白纸上画一直线aa作为界面,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,并使其长边与aa重合,再用刻
2、度尺画出玻璃砖的另一边bb。 4.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。 5.从玻璃砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P3本身及P1、P2的像。 6.移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过P3、P4作直线OB交bb于O。连接O、O,OO就是玻璃砖内折射光线的方向。AON为入射角,OON为折射角。 7.改变入射角,重复实验。,-5-,五、数据处理 1.计算法 用量角器测量入射角1和折射角2,并查出其正弦值sin 1和sin 2。算出
3、不同入射角时的 ,并取平均值。 2.作sin 1-sin 2图象 改变不同的入射角1,测出不同的折射角2,作sin 1-sin 2图象,由n= 可知图象应为直线,如图所示,其斜率为折射率。,-6-,3.辅助线段法 利用刻度尺作辅助线,测出辅助线的长度大小,求玻璃的折射率。,-7-,4.单位圆法,-8-,六、误差分析 1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故在 入射侧和出射侧所插两枚大头针的间距应大一些。 2.入射角和折射角的测量造成误差。入射角应适当大些,可以减小测量的相对误差。,-9-,七、注意事项 1.实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、
4、P3与O之间距离要稍大一些。 2.入射角1不宜太大(接近90),也不宜太小(接近0)。当1太大时,反射光较强,出射光较弱;当1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。 3.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作尺子画界线。 4.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。,-10-,考点一,考点二,实验原理与操作 例1在测定玻璃的折射率的实验中,在白纸上放好玻璃砖,aa和bb分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻
5、璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4。在插P3和P4时,应使 (选填选项前的字母)。A.P3只挡住P1的像 B.P4只挡住P2的像 C.P3同时挡住P1、P2的像,答案,解析,-11-,考点一,考点二,例2在测定玻璃的折射率实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图甲所示。,-12-,考点一,考点二,(1)在图丙中画出完整的光路图。(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n= (保留三位有效数字)。 (3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头
6、针是P3和 (选填“A”或“B”)。,-13-,考点一,考点二,解析：(1)如图a所示。,-14-,考点一,考点二,(3)光路图如图b所示,光线经两边沿相互平行的玻璃砖,出射光线平行于入射光线,即MNP4B。P1P2光线从棱镜右边侧面射出向底边偏折,如图b中P3A,所以填A。,答案： (1)见解析图a (2)1.53(1.501.56均正确) (3)A,-15-,考点一,考点二,数据处理与误差分析 例3某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行。正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示。(1)此玻璃的折射率计算式为n= (用图中的1、2表示)。 (2)如果有几块宽度大小
7、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。,答案,解析,-16-,考点一,考点二,例4在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中,甲、乙、丙三位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、和所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa、bb为界面画光路图。(1)甲同学测得的折射率与真实值相比 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (2)乙同学测得的折射率与真实值相比 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (3)丙同学测得的折射率与真实值相比 。,答案,解析,-17-,某校开展研究性学习,
8、某研究小组根据光学知识,设计了一个测液体折射率的仪器。如图所示,在一个圆盘上,过其圆心O作两条相互垂直的直径BC、EF。在半径OA上,垂直盘面插上两枚大头针P1、P2并保持位置不变。每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得液面与直径BC相平,EF作为界面的法线, 而后在图中右上方区域观察P1、P2,在圆周EC部分插入P3,使P3挡住P1、P2的像。同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可以直接读出液体折射率的值。 (1)若AOF=30,OP3与OC之间的夹角为30,则P3处刻的折射率的值为 。 (2)图中P3、P4两处,对应折射率大 的是 。 (3)作AO的延长线交圆周于K,K处对 应的折射率为 。,-18-,答案 (1)1.73 (2)P4 (3)1,
