3-4.5 实验(一)：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θ2。根据 光的折射定律n=sinθ1/sinθ2,就可以求出玻璃的 折射率。

图3.4-5-1

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。

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P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的 像。移动视线的方向，直到P1的像被P2的像挡住。 5.再在观察者的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3、 P2和P1的像。 6.记下P3、P4的位置，移去玻璃砖和大头针。 7.过P3、P4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θ1=∠AON,折射角 θ2=∠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sinθ1/sinθ2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sinθ1/sinθ2的平均值，作为测量结果。

五、注意事项1.实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O点之间， P3与P4之间，P3与O′之间距离要稍大一些。 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。

热点一

实验步骤的考查

【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： ①将记录光路的白纸铺放在平板上； ②手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上； ③用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa′和bb′; ④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θ分别为0°、30°、45°的入射光线； ⑤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θ2; ③④⑤ ⑥按公式分别计算sinθ1/sinθ2,取三个值的平均值。 ③ 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；④中 以上步骤中有错误或不妥之处的是： ________;应改正为： 入射角要取0°以外的三组数据；⑤中大头针要竖直插牢，观察时看 ___________________________________________________________ 针脚是否在同一条直线上 ___________________________________________________________ _______________________。

热点二

实验数据的处理

【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P1和P2,然后在棱 镜的另一侧观察，调整视线使P2挡住P1的像，接着在眼睛 所在的一侧插两枚大头针P3、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 图3.4-5-2 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。 入射角θ1 、 (2)为了测出玻璃棱镜的折射率，需要测量的量是__________ __________ 折射角θ2 ,在图上标出它们。 (3)计算折射率的公式是n=_______________ 。 sinθ1/sinθ2

【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)

【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P1、P2点作直线交AC 边于O点；连接P3、P4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θ1、θ2, 图3.4-5-3 根据折射定律n=sinθ1/sinθ2,用量角器量角度误差较大， 可以转化成量长度。因sinθ1=EF/EO,sinθ2=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。