实验《测量玻璃的折射率》

-1-《测量玻璃的折射率》学习材料【教学目的】1．测定一块玻璃砖的折射率；2．验证光的折射定律。【实验器材】1块矩形玻璃砖、刻度尺、量角器、1张8开白纸、4枚大头针、1块木板、铅笔【实验原理】用两面平行的玻璃砖来测定玻璃的折射率。当光线斜入射进入两面平行的玻璃砖时，从玻璃砖射出的光线的传播方向是不变的，出射光线跟入射光线相比只有一定得侧移。只要我们找出跟某一入射光线对应的出射光线，就能求出在玻璃中对应的折射光线，从而求出折射角。再根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率n=sini/sinr。插针法确定光路的基本原理：当后两枚大头针与前两枚大头针在玻璃中的虚像处于同一视线上时，四枚大头针处于同一光路上。【实验步骤】1、把白纸用图钉固定在木板上。2、在白纸上画一条直线aa作为界面(如图所示)，过aa上一点O作垂直于aa的直线NN′作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角i适当大些。3、在AO线上竖直地插两枚大头针1P、2P，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa重合。4、沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb。5、在玻璃砖的bb一侧白纸上竖直地立一枚大头针3P，调整视线，同时移动3P的位置，使3P恰好能同时挡住1P、2P的像，把大头针3P竖直插在此时位置。-2-6、同样，在玻璃砖bb一侧再竖直地插一枚大头针4P，使4P能挡住3P本身，同时也挡住1P、2P的像。7、移去玻璃砖，拔去大头针，过3P、4P做一条直线BO交bb于O点，连接OO，OO就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为r。8、用量角器量出入射角i和折射角r的大小。9、改变入射角i，重复上面的步骤再做三、四次。10、算出不同入射角时，n=sini/sinr的值，求出几次实验中n的平均值就是玻璃的折射率。（或图像法求折射率:用sini表示纵坐标，用sinr表示横坐标，则图线的斜率就是玻璃的折射率。）注：遇到通过作图判断两个量的关系的方法（不是线性关系的，化成线性关系）；【记录数据】数项值次数123入射角i折射角rsinisinrn=sini/sinr【注意事项】1、玻璃砖应选择宽度较大的(一般要求5cm以上)，以减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。2、操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线，以免损坏玻璃砖的光学表面。（先在白纸上画直线作为玻璃砖的界面，再画玻璃砖的另一界面时，对齐玻璃砖的另一长边，用大头针确定两点，并以此两点画直线bb作为玻璃砖的另一界面。）3、大头针应垂直地插在纸上，同侧两针之间的距离要稍大些；-3-4、入射角应在3075～范围内取值较好。入射角过小，折射角更小，测量相对误差增大；入射角过大，导致反射光太强，折射光太弱，像不清楚，不易观察，很难确定3P、4P的位置。5、为检验光路是否正确，可分别从两个侧面看对面的象是否在同一光路上。6、实验中，一旦玻璃砖宽度所定的界面aa和bb画好后，放置的玻璃砖就不要随便移动。如果稍微上下平移了玻璃砖，则对测量结果没有影响，其光路图如图所示，如果玻璃砖稍微倾斜移动，则测得的折射率肯定发生变化。7、如果插针1P、2P的连线过分倾向玻璃砖右侧，且入射角又大于某一数值，会出现隔着玻璃砖沿2P、1P方向观察不到1P、2P两插针的情况，此时的光路图如图所示，遇到这种情况，可将玻璃砖沿aa界面向右平移8、本实验不要求玻璃砖的两个界面保持平行。若界面不平行，仅会改变从玻璃砖内出射光线的方向，对入射界面两侧的光路没有影响，照样能测得其折射率。【思考题】1、如果实验室未配备量角器，而是给了刻度尺和圆规，那么可以怎么测量？（将角度转换成长度比）2、如果玻璃砖不是梯形，而是半圆型、圆形或三角形，那么可以怎么测量？（只要能作出光路就可以）3、在本实验中的光路中你还发现了什么？（出射光与入射光平行）该如何解释这一现象？（光路可逆）-4-【巩固练习】1、在测定玻璃的折射率的实验中，对一块两面平行的玻璃砖，用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线。现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图的四组插针结果。(1)从图上看，肯定把针插错了的同学是乙.(2)从图上看，测量结果准确度最高的同学是丁.2、（06江苏高考）在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，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①、②和③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。则甲同学测得的折射率与真实值相比偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。乙同学测得的折射率与真实值相比不变（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大、可能偏小、可能不变。