实验18：测定玻璃的折射率

实验18:玻璃折射率的测定实验回放1、实验目的：(1)实验明确通过平行玻璃板的光的光学路径。(2)学习确定光的入射角和折射角，根据折射定律计算玻璃的折射率。2、实验原理：图1显示了两条平行玻璃砖的光路的横向移动。使用销方法查找与入射光线AO相对应的发射光线，确定OB，o点，绘制折射光线OO，根据入射角度I和折射角度r，n=计算玻璃的折射率。3、实验设备白纸、图钉、大头针、标尺、铅笔、量角器、木板、矩形玻璃砖、4、实验阶段(1)用图钉将白纸压在图版上。(2)在白纸上用接口(线)绘制直线aa ，通过aa 上的一点o绘制接口的方法使用“线NN”和引入光线绘制线AO。(3)将矩形玻璃砖放在白纸上，其长边与aa 对齐，这样就可以绘制玻璃砖另一边的bb 。(4)垂直于直线AO的两个销Pl，P2，通过玻璃砖观察销Pl，P2的图像，调整视线方向，直到P2的图像遮挡P1的图像。在观察者的一侧垂直插入两个针脚P3，P4，P3切断Pl，P2的图像，P4切断P3和Pl，P2的图像，记录P3，P4的位置。(5)如果移除销和玻璃砖，并与P3和P4所在的线OB和bb 相交，则直线OO表示从AO方向进入的光通过玻璃砖后的传播方向。(6) OO连接，入射角I=aon，折射角r=oon。用量角器测量入射角和折射角，从三角函数表中找出它们的正弦值，并将其记录在自己设计的表中。(7)利用上述方法，求出入射角分别为30，45，60时的折射角，找出他们的死因，并填写表格。(8)计算入射角不同的情况下的比率，然后求出几次实验中测量的平均值，成为玻璃砖的折射率。5、数据处理本实验是测量入射角和折射角，然后调查数学表，找出入射角和折射角的正弦，并从世代n=求出玻璃的折射率。除上述方法外，还有以下数据处理方法。(1)找到入射光和折射光后，以入射点o为中心以任意长度的半径绘制圆，通过AO和C点、OO(或OO的延长线)和D点、C、D两点，与NN 垂直，与C ，D 垂直如图2所示。Sini=，SINR=。CO=DO，所以折射率：n=重复上述实验，求出各折射率计算值，然后求出其平均值，就成为玻璃砖折射率的测量值。(2)根据折射定律，n=可用：sinr=sini设置正交坐标系，方法是将Sini值用作横坐标，将SINR值用作纵坐标，多次更改入射角，并测量相应的入射角和折射角正弦值，如图3所示。绘制资料点时，资料点会连接通过原点的线。解决图形线的斜率，如果将斜率设置为k，则k=、因此，玻璃砖折射率n=。6、注意事项(1)实验时，如果可能，将大头针垂直插入纸张，Pl和P2之间，P2和o点之间，P3和P4之间，P3和o之间的距离稍大。(2)入射角I必须适当大，以减少角度测量误差，但入射角不能太大或太小。(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光清洁。不能用玻璃砖界面作为尺子画线。(4)实验过程中玻璃砖和白纸的相对位置不能改变。(5)玻璃砖的宽度较大，应使用5厘米以上。(。宽度太小，测量误差更大。7、错误分析(1)接收光线、发送光线确定了准确的精度，因此，插入发送侧和发送侧的两个针脚间隔必须更大。(2)为了减少测量入射角和折射角的相对误差，故人的死角不能太小。角度不能太大，因为太大的话反射光强，射光弱。【考试题分析。【】例1在进行玻璃折射率测量实验时，(1)甲级学生在纸上正确绘制玻璃砖的两个接口ab和CD时，无意中碰了玻璃砖，并在ab方向上进行了轻微转换，如图4(a)所示，但是在绘制光学路径时，如果将折射点确定为ab和CD，则测量的n值为(2)，以防止等端接触玻璃棉，如图4(b)所示绘制光路图时，如果入射点和折射点分别在ab 和cd 中确定，则测量的n值为(3) c同学工作时和绘图时不会出错，但是使用的玻璃砖的两个界面之间没有明显平行，并且其测量的n值为。分析(1)保持不变。此时，玻璃砖的转换对测量结果没有影响。折射角在图5 (a)中可见，入射角相等。因此，测量的折射率不会更改。(2)变小。如图5 (b)所示，入射点o向左，折射点向右，绘制的折射角度r 大于实际折射角度r ，如n=所示(3)没有影响。此外，除非在第二接口上发生反射全反射，否则可以根据入射光和退射光确定玻璃的折射光，从而确定入射角和折射角。但是，入射光和出射光不平行。图5 (c)。示例2使用棱镜作为玻璃折射率测量实验，首先在白纸上放置棱镜，在棱镜的一侧插入两个针脚P1和P2，然后观察棱镜的另一侧并调整视线，使P1的图像被P2的图像遮住，然后在眼睛的一侧插入两个针脚P3和P4，使P3切断P1，P2的图像，P4切断P3和P1，P2的图像，并在纸张上显示针脚位置和棱镜轮廓，如图6所示。(1)画出这个问题的图所需的光路。(2)为了测量棱镜玻璃的折射率，需要测量的量为，(3)计算折射率的公式为n=。分析(1)根据插脚法确定光线路径，如图7所示。将直线交点AB，O，O 点连接至O点上的P1，P2，O点上的直线AC边，P3，P4，O 点是光线传播路径。(2)交流边法线OF的过o点测量入射角1，折射角2。(需要测量的量)(3)根据折射定律可得到n=。实验扩展1.通过观察反射使用示例3针方法测量玻璃的折射率，实验中首先将玻璃砖固定在水平桌面白纸上，在玻璃砖两侧绘制MN，PQ，将P1，P2针插入玻璃砖的一侧，然后一名学生发现图8中所示的P1，P2的同侧也可以通过玻璃砖看到P1，P2的图像，于是用同样的方法将P3插入白色纸上，以阻止P2，P1的图像他插入接脚P4，以便P4切断P3和P2，P1的影像。玻璃砖将MN连接到P1，P2将MN连接到O点，P3，P4将MN连接到O 点。如果测量P1P2和MN之间的角度=30，玻璃砖的厚度h=2.00cm，OO 两点之间的距离l=3.00cm，玻璃砖的折射率为(结果保持3位有效数字):如图9所示，通过玻璃砖的光线从PQ面完全反射，玻璃砖的折射率可以从光路图中看出。N=正如关系所表明的，cos=将=30，h=2.00cm，l=3.00cm赋给计算，则n=1.44用圆规代替量角器测量例4某同学没有量角器，完成明度后，以o点为中心以10.00cm为半径圆，从a点到a线，从c点到o 线延长线，从a点接近线NN 通过的垂直AB交配NN o点到c点通过线NN 的垂直CD交配NN 从d点到5点，如图10所示解释根据n=表示sin-AOB=，sin-doc=，OA=OC=R。N=1.5液体折射率的测量例5如图11所示，光球瓶内装满了水，将水线条垂直插入光球瓶的c点，从p点观察，可以同时看到水线部分暴露在水中的情况，读取可见水下部分最低点的尺度S1和与此刻度一致的水部分的刻度S2等于S2 。也就是说，你知道h1和H2，测量光球瓶入口的直径d，写一个计算水折射率n的式子。如果分析标尺显示水面的S2发出的光的o点，则反射进入人眼p，反射角度为1，不等于S2 。其中，光路图形为：o S2 c=o s2c=1:Sin1=标尺的水下S1发射的光线到达o点时，折射为人眼p，入射角为2，折射角为1，相应的光路图如图所示。o s1c=2的几何关系如下：罪 2=根据折射定律和上述两种形式：n=。考试点训练如图12所示，1 .有玻璃砖，上表面光滑平行。一条光线从空气进入玻璃砖。在图12中，四个光路径图是正确的2.某学生在进行玻璃折射率测量实验时，利用他测量的多组入射角1和折射率2的数据创建了sin 1-sin 2图像，如图13所示，以下判断不准确()A.他做实验的时候，光被空气射成玻璃B.玻璃的折射率为0.67C.玻璃的折射率为1.5D.玻璃临界角度的正弦值为0.673.在用两块平行玻璃砖“测量玻璃折射率”的实验中，其光路如图14所示，该实验的一些具体问题如下A.要减少绘图错误，P3和P4的距离必须更大B.为了减少测量误差，P1和P2的连接和玻璃砖接口的角度越大越好C.如果P1，P2距离太大，则无法通过玻璃砖查看图像D.如果P1、P2连接和法线角度太大，bb 界面可能会发生完全反射4.在这个实验中，两位同学分别设计了记录表，计算完成了，你认为谁是对的？a设计表单如下：次数I新浪rSinrn1300.50020.90.3571.401.402450.70730.50.5081.393600.86638.00.6161.41b设计表格如下：次数123角度平均值正弦值nI304560450.7071.42r20.930.538.028.80.4975.在这个实验中，如果使用的是半圆形的玻璃砖，而不是两面平行的玻璃砖，那么光线可能与入射光不平坦，同样，请测量玻璃的折射率，简述一下你的测量方法。6.在白纸上绘制直线光盘，如图15所示。在CD上取一点o，超过o点，垂直线OE将垂直于CD。放入半圆玻璃砖，使直径与直线CD匹配，中心点与o点匹配。将针脚P1、P2垂直插入OE线。然后，半圆玻璃砖在纸平面中以o为中心逆时针缓慢旋转，在CD的一侧调整视野方向，通过玻璃砖可以看到P2的图像。这样观察，直到P2的图像刚看不到P1和P2的图像。然后停止旋转，直到在同一视野中看不到P1和p2的图像。此时，请记录玻璃砖的直径方向。移除玻璃砖，直径为AB。将o绘制为ab的垂直线后，可以根据量角器测量的角度计算玻璃的折射率。7.为了测量透明有机玻璃中光的传播速度，实验室可以提供的设备包括矩形有机玻璃条(约40厘米)、秒表、远光源、标尺、三角板、木板、白纸、针数等。已知真空中的光速c=3.001108 m/s(1)为了测量光速，请从上述设备中选择所需的设备。(2)描述了测量光速的方法和需要测量的物理量，并给出了计算光速的公式。由某种半透明物质制成的直角棱镜ABC，如图16所示；在垂直于交流面的直线MN上，两个端号P1，P2通过AB面左侧的棱镜观察端号P1，P2的图像，将视线调整到P1的图像，然后在观察侧依次插入两个端号P3，P4，P3，P4。记录P3 P4的位置，移除销和棱柱，然后测量穿过P3，P4的直线和AB面与d接触，并且直线和AB面之间的角度为45时半透明物质的折射率n=。在图中绘制准确完整的光路径。9.如图17所示，用透明材料制成的腰部直角棱镜和横梁，两边腰围16厘米。要测量其折射率，请将棱镜放置在直角坐标系中，从OB边上的c点看角度a，然后发现a边的视觉位置在d点，c，d两个位置上，c点坐标为(0，12)和d点坐标(9，0)，那么此透明体的折射率是多少？10.某学校进行研究性学习，一个研究小组根据光学设计了测量液体折射率的仪器。图18，穿过圆盘上的圆心，两个垂直直径BC，EF。在半径OA中，垂直圆盘面插入两个接脚P1，P2，位置保持不变。每次测量时，将圆盘垂直地放入液体中，液体总是与直径BC持平，ef是界面的法线，然后在图的右上角区域中，P1，p2。学生们在圆周ec部分预先刻了折射率值，以便根据P3插入的位置直接读取液体折射率值。(1)如果AOF=30，O P3和OC之间的角度为30，则P3上刻的折射率值为。(2)图中P3和P4的折射率大吗？(3) AO的延长线是k，k的相应折射率。答案和提示1.d2.b3.a测试表明，a的计算是正确的。5.仍然采用销法，入射光线必须面向半圆面，通过圆心o，观测者必须通过直径侧观察，这样P3，P4才能从玻璃中截取P1，P2的图像。n=6.本实验根据全反射的临界角度测量折射率。根据反射的定义，noe由下而上确定临界角度c为sinC=n=，数