實驗15測定玻璃的折射率-2-一、實驗目的1.測定玻璃的折射率。2.學會用插針法確定光路。二、實驗原理實驗原理如圖所示,當光線AO1以一定的入射角θ1穿過兩面平行的玻璃磚時,通過插針法找出跟入射光線AO1對應的出射光線O2B,從而找出折射光線O1O2和折射角θ2,再根據

,求出玻璃的折射率。-3-三、實驗器材木板、白紙、玻璃磚、大頭針、圖釘、量角器、刻度尺、鉛筆。四、實驗步驟1.如圖所示,把白紙鋪在木板上。-4-2.在白紙上畫一直線aa'作為界面,過aa'上的一點O畫出界面的法線NN',并畫一條線段AO作為入射光線。3.把長方形玻璃磚放在白紙上,并使其長邊與aa'重合,再用刻度尺畫出玻璃磚的另一邊bb'。4.在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。5.從玻璃磚bb'一側透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像,調整視線的方向直到P1的像被P2的像擋住。再在bb'一側插上兩枚大頭針P3、P4,使P3能擋住P1、P2的像,P4能擋住P3本身及P1、P2的像。6.移去玻璃磚,在拔掉P1、P2、P3、P4的同時分別記下它們的位置,過P3、P4作直線O'B交bb'于O'。連接O、O',OO'就是玻璃磚內折射光線的方向。∠AON為入射角,∠O'ON'為折射角。7.改變入射角,重復實驗。-5-五、數據處理1.計算法用量角器測量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角時的

,并取平均值。2.作sinθ1-sinθ2圖象改變不同的入射角θ1,測出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2圖象,由n=可知圖象應為直線,如圖所示,其斜率為折射率。-6-3.輔助線段法利用刻度尺作輔助線,測出輔助線的長度大小,求玻璃的折射率。-7-4.單位圓法

-8-六、誤差分析1.入射光線、出射光線確定的準確性造成誤差,故在入射側和出射側所插兩枚大頭針的間距應大一些。2.入射角和折射角的測量造成誤差。入射角應適當大些,可以減小測量的相對誤差。-9-七、注意事項1.實驗時,應盡可能將大頭針豎直插在紙上,且P1和P2之間、P3和P4之間、P2與O、P3與O'之間距離要稍大一些。2.入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。當θ1太大時,反射光較強,出射光較弱;當θ1太小時,入射角、折射角測量的相對誤差較大。3.操作時,手不能觸摸玻璃磚的光潔光學面,更不能把玻璃磚界面當作尺子畫界線。4.實驗過程中,玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。5.玻璃磚應選用寬度較大的,宜在5cm以上,若寬度太小,則測量誤差較大。-10-考點一考點二實驗原理與操作例1在測定玻璃的折射率的實驗中,在白紙上放好玻璃磚,aa'和bb'分別是玻璃磚與空氣的兩個界面,如圖所示。在玻璃磚的一側插上兩枚大頭針P1和P2,用“×”表示大頭針的位置,然后在另一側透過玻璃磚觀察,并依次插上大頭針P3和P4。在插P3和P4時,應使

(選填選項前的字母)。

A.P3只擋住P1的像B.P4只擋住P2的像C.P3同時擋住P1、P2的像解析關閉答案解析解析關閉實驗中,在插P3時,應同時擋住P1、P2的像;在插P4時,應同時擋住P3和P1、P2的像。選項C正確。答案解析關閉C-11-考點一考點二例2在測定玻璃的折射率實驗中,某同學經正確操作插好了4枚大頭針,如圖甲所示。-12-考點一考點二(1)在圖丙中畫出完整的光路圖。(2)對你畫出的光路圖進行測量和計算,求得該玻璃磚的折射率n=

(保留三位有效數字)。

(3)為了觀測光在玻璃磚不同表面的折射現象,某同學做了兩次實驗,經正確操作插好了8枚大頭針,如圖乙所示。圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針,其對應出射光線上的2枚大頭針是P3和

(選填“A”或“B”)。

-13-考點一考點二解析：(1)如圖a所示。

-14-考點一考點二(3)光路圖如圖b所示,光線經兩邊沿相互平行的玻璃磚,出射光線平行于入射光線,即MN∥P4B。P1P2光線從棱鏡右邊側面射出向底邊偏折,如圖b中P3A,所以填A。答案：

(1)見解析圖a

(2)1.53(1.50~1.56均正確)

(3)A-15-考點一考點二數據處理與誤差分析例3某同學利用“插針法”測定玻璃的折射率,所用的玻璃磚兩面平行。正確操作后,作出的光路圖及測出的相關角度如圖所示。(1)此玻璃的折射率計算式為n=

(用圖中的θ1、θ2表示)。

(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇,為了減小誤差,應選用寬度

(選填“大”或“小”)的玻璃磚來測量。

答案解析解析關閉答案解析關閉-16-考點一考點二例4在用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗中,甲、乙、丙三位同學在紙上畫出的界面aa'、bb'與玻璃磚位置的關系分別如圖①、②和③所示,其中甲、丙兩同學用的是矩形玻璃磚,乙同學用的是梯形玻璃磚。他們的其他操作均正確,且均以aa'、bb'為界面畫光路圖。(1)甲同學測得的折射率與真實值相比

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

(2)乙同學測得的折射率與真實值相比

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

(3)丙同學測得的折射率與真實值相比

。

答案解析解析關閉(1)用圖①測定折射率時,玻璃中折射光線偏折大了,所以折射角增大,折射率變小;(2)用圖②測定折射率時,只要操作正確,與玻璃磚形狀無關;(3)用圖③測定折射率時,無法確定折射光線偏折的大小,所以測得的折射率可能偏大、可能偏小、可能不變。答案解析關閉(1)偏小

(2)不變

(3)可能偏大、可能偏小、可能不變-17-某校開展研究性學習,某研究小組根據光學知識,設計了一個測液體折射率的儀器。如圖所示,在一個圓盤上,過其圓心O作兩條相互垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上,垂直盤面插上兩枚大頭針P1、P2并保持位置不變。每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中,而且總使得液面與直徑BC相平,EF作為界面的法線,而后在圖中右上方區域觀察P1、P2,在圓周EC部分插入P3,使P3擋住P1、P2的像。同學們通過計算,預先在圓周EC部分刻好了折射率的值,這樣只要根據P3所插的位置,就可以直接讀出液體折射率的值。(1)