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1、实验18 测定玻璃的折射率,-2-,一、实验目的 测定玻璃的折射率。 二、实验原理 如图所示,通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B,从而找出折射光线O1O2和折射角2,再根据n= 求出玻璃的折射率。,-3-,三、实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、刻度尺、铅笔。 四、实验步骤 1.如图所示,把白纸铺在木板上。,-4-,2.在白纸上画一直线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。 3.把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa重合,再用刻度尺画出玻璃砖的另一边bb。 4.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。 5.从玻璃
2、砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb一侧插上两枚大头针P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P3本身及P1、P2的像。 6.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OB交bb于O。连接O、O,OO就是玻璃砖内折射光线的方向。AON为入射角,OON为折射角。 7.改变入射角,重复实验。,-5-,五、数据处理 1.计算法 用量角器测量入射角1和折射角2,并查出其正弦值sin 1和sin 2。算出不同入射角时的 ,并取平均值。 2.作sin 1-sin 2图象 改变不同的入射角1,测出
3、不同的折射角2,作sin 1-sin 2图象,由n= 可知图象应为直线,如图所示,其斜率为玻璃的折射率。,-6-,3.辅助线段法 利用刻度尺作辅助线,测出辅助线的长度大小,求玻璃的折射率。,-7-,4.单位圆法,-8-,六、误差分析 1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故在入射侧和出射侧所插两枚大头针的间距应大一些。 2.入射角和折射角的测量造成误差。入射角应适当大一些,可以减小测量的相对误差。,-9-,七、注意事项 1.实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O之间距离要稍大一些。 2.入射角1不宜太大(接近90),也不宜太小(接近0)
4、。当1太大时,反射光较强,出射光较弱;当1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。 3.操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。 4.实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 5.玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。,-10-,典例(2018福建龙岩期中)在测定玻璃折射率的实验中: (1)某同学实验插针的步骤如下 (2)以通过P1、P2的直线与玻璃砖的交点O为圆心,以某一适当长度R为半径画圆,与OA交于A,与OO的延长线交于C,如图所示,过A、C分别作玻璃砖界面的法线MN的垂线,图中B、D分别为垂足,用刻度尺量得AB=45
5、 mm,CD=30 mm,则玻璃砖的折射率为 。,A.在表示入射光线的AO上插上大头针P1、P2; B.通过玻璃砖观察P2、P1,调整视线,直到P1的像被P2的像挡住; C.再观察一侧插上大头针P3、P4,记下P3、P4的位置。 这位同学在操作中有什么重要疏漏?,-11-,(3)在测定玻璃的折射率的实验中,对一块两面平行的玻璃砖,用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线,现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图所示的四组插针结果。 从图上看,肯定把针插错了的同学是 。 从图上看,测量结果准确度最高的同学是 。,-12-,答案: (1)插针时应使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P1、P2、P3的像
6、 (2)1.5 (3)丙 丁 解析: (1)这位同学在操作中的重要疏漏是:插针时应使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P1、P2、P3的像。,-13-,(3) 作出光路图如图所示,可知丙图出射光线与入射光线在同一直线上,肯定把针插错了。 入射角和折射角较大,角度测量的相对误差较小,计算出的折射率准确度高,从图上看,测量结果准确度最高的同学是丁。,-14-,1.(2018福建厦门)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行。正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示。 (1)此玻璃的折射率计算式为n= (用图中的1、2表示)。 (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择
7、,为了减小误差,应选用宽度 (选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。,-15-,解析:(1)光线由空气射入玻璃的入射角i=90-1,折射角=90-2,砖对光线的影响可知,玻璃砖宽度越大,侧移量越大,折射角的测量误差越小。,-16-,2.(2018上海长宁模拟)某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像,当P1的像恰好被P2的像挡住时,插上大头针P3和P4,使P3挡住P1、P2的像,P4也挡住P1、P2的像,在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示。,-17-,(1)在图上画出对应的光路。 (
8、2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率,若以AB为分界面,需要测量的量是 ,在图上标出它们。 (3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n= 。 (4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中,放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置,底边仍重合), 若仍以AB为分界面,则三棱镜玻璃材料折射率的测量值 真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。,-18-,解析: (1)光路图如图所示。 (2)若以AB为分界面,需要测量的量为入射角1、折射角2。 (3)该三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式为 (4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中,放置三棱镜的位置发生了微小的平移,仍以AB为分界面,将入射光线与AB的交点和出射光
9、线与BC的交点连接起来,从而可知该连接线发生偏转,导致折射角变小,所以测量值比真实值大。,-19-,3.(2018内蒙古松山月考)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、P4,使P3挡住P1、P2的像,使P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出的大头针位置和圆柱形玻璃砖的边界如图甲所示。,-20-,(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)。 (3)写出计算折射率的公式n= 。 (4)如图乙所示,将刻度尺直立在装满某种透明液体的宽口瓶中(液体未漏出),从刻度尺上A、B两点射出的光线AC和BC在C点被折射和反射后都沿直线CD传播,已知刻度尺上相邻两根长刻度线间的距离为1 cm,刻度尺右边缘与宽口瓶右内壁间的距离d=2.5 cm,由此可知,瓶内液体的折射率n= (可保留根号)。,-21-,-22-,
