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实验:测定玻璃的折射率


高三物理实验复习(光学) 实验十八 测定玻璃的折射率
【实验目的、原理】 如图 1 所示,当光线 AO 以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射 光线 AO 对应的出射光线的 O′B,从而确定折射光线 OO′.
N N A 方法一:测出入射角 i 和折射角 r, A P 根据 可算出 P1 P1 P′ 玻璃的折射率. i P2 i O P2 O

a′ a′ a a 方法二: 如图 2 所示, O 为圆心, 以 r r Q 作圆与 OA、 OO′分别交于 P、 点, Q Q′ 过 P、Q 点分别作法线 NN′的垂线, b′ b b′ b O′ O′ 垂足分别为 P′、Q′,测量出 PP′ P3 N′ P3 N′ 和 QQ′的长度,则玻璃的折射率 P4 P4 n= . 图2 B 图1 B 【实验器材】 一块两面平行的玻璃砖, 白纸, 木板, 大头针(4 枚) 量角器(或圆规、 , 三角板), 刻度尺 【实验内容】 1.把白纸铺在木板上. 在白纸上画一直线 aa′作为界面, aa′上的一点 O 画出界面的法线 过 NN′,并画一条线段 AO 表示入射光线. 2.把长方形玻璃砖放在白纸上, 并使其长边与 aa′重合, 再用直尺画出玻璃的另一边 bb′. 3.在线段 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、 2, P 从玻璃砖 bb′一侧透过玻璃砖观察大头针 P1、P2 的像,先后插上大头针 P3、P4,使 P3 能挡住 P1、P2 的像,P4 能挡住 P1、P2 的像及 P3 本身. 4.移去玻璃砖,在拔掉 P1、P2、P3、P4 的同时分别记下它们的位置,过 P3、P4 作直线 O′B 交 bb′于 O′.连接 O、O′,OO′就是玻璃砖内折射光线的方向. 5. 用量角器量出入射角和折射角的度数. 查出它们的正弦值, 并把这些数据填入记录表 1 中. 6.用上述方法分别求出入射角是 30° 45° 60° 、 、 时的折射角,查出入射角和折射角的正弦值, 记录在表 1 中. 7.算出不同入射角时的 n 值,比较一下,看它们是否接近一个常数.求出几次实验测得 的 n 的平均值,这就是这块玻璃的折射率. 表 1: sini sinr n 入射角 i 折射角 r n 的平均值

1 2 3 8.用方法二, 测出不同入射角时的 PP′和 QQ′的长度, 记录在表 2 中, 计算出玻璃的折射率, 并求平均值. 表 2: PP’ QQ’ n n 的平均值 1 2 3
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【问题与讨论】 1.实验过程中,玻璃砖在纸面上的位置不可移动,为什么? 2.在用方法二时,如果没有圆规,能否用三角板和刻度尺测出折射率? 3.插针 P1 与 P2、P3 与 P4 的间距要适当地大些,以减小确定光路方向时出现的误差. 4.本实验中如果采用的不是两面平行玻璃砖, 如采用三棱镜, 半圆形玻璃砖等, 能否测出 它们的折射率? 【巩固练习】 A N 1.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,其实验光路 P1 如图所示, 对实验中的一些具体问题, 下列意见正确的是: ( ) P2 i O a′ a A.为了减少作图误差,P3 和 P4 的距离应适当取大些 r B.为减少测量误差, 1、 2 的连线与玻璃砖界面的夹角应取大些 P P C.若 P1、 2 的距离较大时, P 通过玻璃砖会看不到 P1、 2 的像 P b′ D.若 P1、 2 连线与法线 NN′夹角较大时, P 有可能在 bb′面发生 b O′ P3 N′ 全反射,所以在 bb'一侧就看不到 P1、P2 的像 P4 sini 2.某同学做测定玻璃折射率实验时, 用他测得的多组入射角 i 1 B 与折射角 r 作出 sini-sinr 图象如图所示,下列判断中哪些 是正确的: ( ) A.他做实验时,研究的是光从空气射入玻璃的折射现象 B.玻璃的折射率为 0.67 C.玻璃的折射率为 1.5 0 D.玻璃临界角的正弦值为 0.67 N 0.67 sinr 3.某同学由于没有量角器,他在完成了光路图以后,以 O 点 P1 B A 为圆心,10.00cm 长为半径画圆,分别交线段 OA 于 A 点, P2 i O 交 O、 O′连线于 C 点.过 A 点作法线 NN′的垂线 AB 交 NN′ a a′ 于 B 点,过 C 点作法线 NN′的垂线 CD 交于 NN′于 D 点, r 如图所示,用刻度尺量得 OB=8.00cm,CD=4.00cm.由此 D C 可得出玻璃的折射率 n=____________. b b′ O′ P3 4.用三棱镜做测定玻璃折射率的实验, 先在白纸上放好三棱镜, N′ P4 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 A 观察, 调整视线使 P1 的像被 P2 挡住, 接着在眼睛所在的一侧 P2 插两枚大头针 P3、 4,使 P3 挡住 P1、 2 的像,P4 挡住 P3 和 P P P1、 2 的像, P 在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示. P1 C (1)在本题的图上画出所需要的光路. P3 P4 (2)为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是__________、 B __________,在图上标出它们. (3)计算折射率的公式是 n=___________. 5.如图所示.某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时,先在白纸上作一与圆形 玻璃同半径的圆, 圆心为 O, 将圆形玻璃平放在白纸上, 使其边界与所画的圆重合. 在 玻璃一侧竖直插两个大头针 P1 和 P2,在另一侧再先后插两个大头针 P3 和 P4,使从另 一侧隔着玻璃去观察时,大头针 P4、 3 和 P2、 1 的像恰好在一直线上.移去圆形玻璃 P P 和大头针后,得到下图,在图中画出: (1)完整的光路图, P3 (2)计算玻璃的折射率 P2 P4 (写出公式,并在上图中注明所用的物理量. ) P1
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实验

测定玻璃的折射率

课堂练习

1.有一块玻璃砖, 下两面光滑且平行, 上、 如图所示, 有一束光线从空气入射玻璃砖, 下面 给出的四个光路图表示该光线在经过玻璃砖的上、下两表面时的传播情况,其中正确 的是( )

2.某同学用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好圆柱形玻璃砖,在 玻璃砖的一侧插上两枚大头针 P1 和 P2,然后在圆柱形玻璃砖另一侧观察,调整视线使 P1 的像被 P2 的像挡住,接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针 P3、 4,使 P3 挡住 P P1、 2 的像,使 P4 挡住 P3 和 P1、 2 的像,在纸上标出的大头针位置和圆柱形玻璃砖的 P P 边界如图所示. ①在图上画出所需的光路. ②为了测量出玻璃砖折射率,需要测量的物理量有 (要求在图上标出) . P1 ③写出计算折射率的公式 n= . 3.利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率.实验方法 如下:在白纸上做一直线 MN,并做出它的一条垂线 AB, 将半圆柱形玻璃璃砖(底面的圆心为 O)放在白纸上,它的 直线与直线 MN 对齐,在垂线 AB 上插两个大头针 P1 和 P2, 然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针, 可以确定 光线 P1P2 通过玻璃砖后的光路,从而求出玻璃的折射率. 实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、 木板和大头针外, 还有量角器等. (1)某学生用上述方法测量玻璃的折射率,在他画出的垂线 AB 上竖直插上了 P1、P2 两枚大头针, 但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内, 不管眼睛放在何处, 都无法透过 玻璃砖同时看到 P1、P2 的像,原因是 , 他应采取的措施是 . (2)为了确定光线 P1P2 通过玻璃砖后的光路,在玻璃砖的右侧,最少应插 大头针. (3)请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置,并用“×”表示,做出 光路图.为了计算折射率,应该测量的量(在光路图上标出) ,有: ,计算折射率的公式是
3

P2

P3 P4






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