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实验:测定玻璃的折射率(学案)


博立中学高二年级(下)物理(学案) 编号02

第1节 光的反射和折射(第2课时) 实验:测定玻璃的折射率
制作人:张 杰 审核人:高二年级组 日期:2014 年 5 月 20 日 阅读课本 46 页 实验: 测定玻璃的折射率 【实验目的】测定玻璃的折射率 【实验原理】光从真空(空气)射入玻璃时,入射角的正弦与折射角的正弦的比值 【实验仪器】玻璃砖、

大头针、白纸一张、直尺、铅笔、量角器 讨论:怎样确定与入射光线 AO 相对应的折射光线? 问题探究 问题:如何设计实验,探究影响玻璃折射率大小的因素? 导思:在做此实验时,为了使测定结果更为准确,有以下几点需要注意: (1)插针 P1 与 P2、P3 与 P4 的间距要适当的大些,不要靠得太近,选择玻璃砖时,宽度宜 大些,这样可减小确定光路方向时出现的误差,提高测量的准确度. (2)入射角不能太小(接近 0° )也不能太大(接近 90° ) ,因为入射角太小时,折射角就会 更小,测量时相对误差增大;入射角太大时,导致反射光太强、折射光太弱,不易观察,很 难确定 P3、P4 的位置.

图 13-1-6 图 13-1-7 (3)如果通过插针 P1、P2 的连线的光线射向玻璃右侧,且入射角又大于某一数值,会出现 隔着玻璃砖沿 P2、P1 方向观察不到 P1、P2 两插针情况,此时的光路图如图 13-1-7 所示,遇 到这种现象,可将玻璃砖沿 aa′界面向右平移.

(4)实验中一旦玻璃砖宽度所定的界面线 aa′和 bb′画好后,放置的玻璃砖就不要随便移动, 如果玻璃砖稍微斜移动,测得的折射率肯定发生变化.如果稍微上下平移了玻璃砖对测量结 果没有影响,其光路如图 13-1-8 所示. (5)本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖而采用三棱镜、半圆形玻璃砖,只是出射 光与入射光不平行,但一样能测出折射率.

图 13-1-9

探究:实验,照图 13-1-9 那样,先在白纸上画一条直线 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,然后把长方形玻璃砖放在白纸上, 使它的长边跟 aa′对齐,画出玻璃砖的另一边 bb′,在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、 P2,透过玻璃观察大头针 P1、P2 的像,调整视线的方向,直到 P1 的像被 P2 挡住,再在观察 的这一侧插两枚大头针 P3、P4,使 P3 挡住 P1、P2 的像,P4 挡住 P1、P2 的像及 P3,记下 P3、 P4 的位置. 移去大头针和玻璃砖,过 P3、P4 引直线 O′B,与 bb′交于 O′,直线 O′B 就代表了沿 AO 方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向,连接 OO′,OO′就是折射光线的方向,入射角 i=∠AON,折射角 r=∠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, 把这些数据记入自 己设计的表格里. 用上面的方法分别求出入射角是 15° 、30° 、45° 、60° 、75° 时的折射角,查出入射角和 折射角的正弦值,把这些数据也记在表格里. 算出不同入射角的 中测得的

sin i 的值,比较一下,看它们是否接近于一个常数,求出几次实验 sin r

sin i 的平均值,就是玻璃的折射率. sin r sin i sin r

探究结论: 通过实验探究, 可以发现, 当入射角分别取不同值时, 折射角也不同, 但

的值近似相等, 所以说介质对光的折射率的大小由介质本身的性质决定, 与入射角和折射角 的大小无关. 【思考探究】 1.如果不用量角器测入射角和反射角的度数, 怎样从几何的角度直接算出折射率?在画

出光路图中作出适当的辅助线分析说明。 2.关于图 13.1-3 测定玻璃折射率的实验,回答以下问题: (1)证明图中的入射光线与射出玻璃砖的光线是平行的。 (2)如果光射入和射出玻璃的两个面是平行的,射出玻璃砖的光线相对入射光线来说产生 了侧移。证明:入射角越大侧移越大。 (3)为了减少误差,入射角大一些好还是小一些好? 【注意事项】 1.玻璃砖的折射面必须画准确,才能确定法线,准确地画出入射角和折 射角 2.实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上 AB、BO、CD 之间、CO'之间 距离要稍大一些 3.入射角θ 1 应适当大一些,以减小测量角度的误差 4.实验过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变,不要用手触摸玻璃砖光 洁的光学面 5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在 5 ㎝以上,宽度太小则测量误差较大


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