第4章 2 学生实验：测定玻璃的折射率

1、.2学生实验：测定玻璃的折射率一、实验目的测定玻璃的折射率二、实验原理用插针法确定光路，找出与入射光线相对应的玻璃中的折射光线，用量角器测出入射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率nsin i/sin r.三、实验器材两对面平行的玻璃砖一块，大头针四枚，白纸一张，直尺一把或三角板一个，量角器一个一、实验步骤1先在白纸上画一条直线EE，代表两种介质的分界面；再画出一直线段AB代表入射光线；然后画出分界面上B点处的法线NN，如图4­2­1所示测定玻璃的折射率图4­2­12把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与EE对齐用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的

2、另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线FF代表玻璃砖的另一边3在直线AB上竖直地插上两枚大头针G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向，直到G1的像被G2挡住4再在观察的这一侧竖直地插上两枚大头针G3、G4，用G3挡住G1和G2的像，用G4挡住G3以及G1、G2的像5移去大头针和玻璃砖，过G3、G4的插点画直线CD，与FF相交于C点，直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的光线连接BC，BC就是玻璃砖内折射光线的途径6用量角器测出入射角i和折射角r，从三角函数表中查出它们的正弦值7通过上面的步骤分别测出入射角为15°、30&

3、#176;、45°、60°、75°时的折射角，并查出它们相应的正弦值二、数据处理及误差分析此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n中求玻璃的折射率除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法1处理方法一在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO或OO的延长线交于D点，过C、D两点分别向NN作垂线，交NN于C、D，用直尺量出CC和DD的长如图4­2­2所示图4­2­2由于sin i，sin r，而CODO，所以折射率：n1.重复以上实验

4、，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值2处理方法二根据折射定律可得n.因此有sin rsin i.根据所量得的角度的正弦值作出sin rsin i图像，如图4­2­3所示，那么图线的斜率的倒数即为折射率这样也可以减小误差图4­2­3设斜率为k，那么k，所以n.三、本卷须知1实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，同侧两针之间的间隔 要稍大些2入射角应适当大些，以减小测量角度的误差，但也不宜太大，入射角太大，在玻璃砖的另一侧会看不清大头针的像3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限4在实验过程中，玻璃砖与白

5、纸的相对位置不能改变5玻璃砖应选择宽度较大的，一般要求在5 cm以上，假设宽度太小，那么测量误差较大6入射点应尽量靠近玻璃砖上界面的左侧，使之在玻璃砖的另一侧可以找到对应的出射光线实验探究1实验原理及数据处理用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图4­2­4甲所示O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2

6、点的入射光线1在图上补画出所需的光路；2为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角；3屡次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图4­2­4乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n_.图4­2­4【解析】1连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，又由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两点即可作出玻璃砖中的光线，如下图2连接O点与光线在AB上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中i、r所示3图像的斜率kn，由题意乙可知斜率为

7、1.5，即玻璃的折射率为1.5.【答案】1见解析图2见解析图31.5某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00 cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O和O连线延长线于C点，过A点作法线NN的垂线AB交NN于B点，过C点作法线NN的垂线CD交NN于D点，如图4­2­5所示，用刻度尺量得OB8.00 cm，CD4.00 cm，由此可得出玻璃的折射率n_.图4­2­5【解析】sin 1AB/AO，sin 2CD/OC，而nsin 1/sin 2·，因为AOOC，所以nAB/CD /41.5.【答案】1.5实验探究2实验误差的分析在利用插针法测定玻璃折射率的实验中：1甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa和bb后，不小心碰了玻璃砖使它向aa方向平移了少许，如图4­2­6甲所示那么他测出的折射率将_填“偏大“偏小或“不变；2乙同学在画界面时，不小心将两界面aa、bb间距画得比玻璃砖宽度大些，如图4­2­6乙所示，那么他测得的折射率_填“偏大“偏小或“不变图4­2­6【解析】1如图甲所示，甲同学利