2. 学生实验：测定玻璃的折射率教学设计一等奖

【实验目的】

应用光的折射定律测定玻璃的折射率

【实验原理】

如图

1 所示，在玻璃砖的上方插两颗大头针

P1 和

P2 ，在玻璃砖的下方观察时，由于光线的两次折射，

P1和

P2 的虚像将在

P1′和

P2′的位置。

为了确定沿

P1、

P2 方向射入的光线（在玻璃中）

的折射光线方向，

可在玻璃砖下方插

P3 和

P4两颗大头

针，并让它们挡住

P1′和

P2′（在下方观察，可以看

到

P1′、

P2′、

P3、

P4 在一条直线上）。

P1、P2 的连

线与玻璃砖上边缘交点为

O ，P3、P4的连线与玻璃砖

上边缘交点为

O′，连接

O、O′即是玻璃中的折射光

线。

测量入射角和折射角，利用折射定律即可得出玻璃的折射率。

【实验器材】

玻璃砖、白纸、泡沫塑料板（图钉）

、大头针、三角板、量角器（或圆规）

【实验步骤】

1、将白纸用图钉钉在泡沫塑料板上。

2、将玻璃砖放在白纸上，借助三角板画出玻璃砖的上、下边界线。

3、按图

1 所示放好玻璃砖后，插上大头针

P1、P2 。

4、在玻璃砖的下放观察

P1、P2 的像，并用大头针

P3挡住它们的像

P1′、

P2′，将

P3插入白纸。

5、再用大头针

P4挡住

P1′、

P2′和

P3 插入白纸。

6、取下玻璃砖，用三角板过

P1、P2 画直线、过

P3、P4画直线，分别与玻璃砖的上、下边界线交于

O、O′点，连接

O、

O′得到玻璃中的折射光线。

7、量出入射角和折射角，用折射定律计算玻璃的折射率。

8、改变入射角，重复

2~7 步骤，多测几组。

【数据处理】

1、用量角器量出入射角

θ1 和折射角

θ2的度数，查出它们的正弦值，并把这些数据填入记录表格里．

2、用上述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，记入表格里．

3、算出不同入射角时sinθ1、sinθ2的值，比较一下，看它们是否接近于一个常数，求出几次实验时测得数据的平均值，就是玻璃的折射率．

数据处理的其他方法一：

1．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

所示．

由于

sinθ1＝CC′/CO ，sinθ2＝DD′/DO .

而

CO＝DO，

所以折射率：

n1＝sinθ1/sinθ2＝CC′/DD′.

重复以上实验，求得各次折射率的计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值．

数据处理的其他方法二：

根据折射定律可得

n＝sinθ1/sinθ2 因此有

sinθ2＝1/n*sinθ1 在多次改变入射角、

测量相对应的入射角和折射角并计算它们的正弦值的基础上，以

sinθ1值为横坐标、以

sinθ2值为纵坐标，建立直角坐标系，如图

13－1－19 所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线，求解图线斜率，设斜率为

k，则

k＝1/n，

故玻璃砖折射率

n＝1/k 【注意事项】

1．实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动．

2．用手拿玻璃砖时

,手只能接触玻璃的毛面或棱，

不能触摸光洁的光学面，

严禁把玻璃砖当尺

子画玻璃砖的另一边

bb′.

3．大头针应竖直地插在白纸上，且玻璃砖每一侧的两枚大头针

P1与

P2间、P3与

P4间的距

离应大一些，以减小确定光路方向时造成的误差．

4．实验时，入射角θ1 不宜过小，否则会增大测量角度的误差；入射角也不宜过大，因入射角

太大时，折射光线太弱．

5．为减小实验误差，要改变入射角，重复实验

,所以应将每次实验所得的插孔进行编号

,以免

造成混乱．

6．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

六、作业布置

1、测玻璃的折射率实验中，除了玻璃砖、白纸、量角器和一些作图工具外还需要（

）

A、线光源

B、感光纸

B、大头针

C、分光镜

2、实验中下列操作正确的是（

）

A 、在白纸上用铅笔紧靠玻璃砖画出玻璃砖界面

aa′、

bb′

B、预先在界面

aa′上画好光路

P1P2 。选定入射角，插好大头针

C、在玻璃砖的另一侧观察大头针

P1P2，使它们在一条直线上，并在合适位置插上大头针

P3P4

D、移去玻璃砖画上

P1P2、P3P4分别代表入射光线和折射光线

3、如果实验中使用的玻璃砖不是上下边平行的（如图

2 所示），而实验的操作仍然不变，则测量的结果会受到影响吗？