2. 学生实验：测定玻璃的折射率名师教学实录

学生实验：测定玻璃的折射率

[目标定位]

1.通过实验了解平行玻璃砖的光学性质.2.会用“插针法”测定玻璃的折射率．3. 误差分析

一、实验器材

两对面平行的玻璃砖一块、大头针四枚、白纸一张、直尺一把或三角板一个、量角器一个．

二、实验原理

如图4－2－1所示，当光线AB以一定入射角i穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AB对应的出射光线CD，从而画出折射光线BC，量出折sin i射角r，再根据n＝sin r算出玻璃的折射率．

图4－2－1

一、实验步骤

1.如图4－2－2所示，将白纸用图钉钉在平木板上．

图4－2－2

2．在白纸上画出一条直线EE′作为两种介质的分界面，过EE′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，使它的长边跟EE′对齐，画出玻璃砖的另一边

FF′. 4．在直线AO上竖直插上两枚大头针G1、G2，透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向直到G2的像挡住G1的像．再在观察者一侧竖直插上两枚大头针G3、G4，使G3挡住G1、G2的像，G4挡住G3本身及G1、G2的像，记下G3、G4的位置．

5．移去大头针和玻璃砖，过G3、G4所在处作直线O′B与FF′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向．

6．连接OO′，入射角i＝∠AON，折射角r＝∠O′ON′，用量角器量出i和r，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中．

7．用上述方法测出入射角分别为15°、30°、45°、60°、75°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中．

sin isin i8．算出不同入射角下的正弦比值sin r，最后求出在几次实验中比值sin r的平均值，即为玻璃砖的折射率．

9．数据处理

(1)作图法：为了减小误差，可以用作图法求出折射率，改变不同的入射角i，测出不同的折射角r，以sin r为横坐标，sin i为纵坐标，做出sin i－sin r图像，由sin in＝sin r可知图像应为直线，则直线的斜率就表示玻璃的折射率．

图4－2－3 (2)直尺圆规测量法：如图4－2－3所示，以O点为圆心，以一定长R为半径，画一个圆交入射光线于E点，交折射光线OO′于E′，过E做NN′的垂线EH，E′H′EH过E′做NN′的垂线E′H′，如右图所示，sin i＝OE，sin r＝，OE＝OE′sin iEHOE′＝R，则n＝sin r＝.只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求E′H′出n.

针对训练

某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O点为圆心，10 cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交线段OO′的延长线于C点，过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点，如图4－2－5所示．用刻度尺量得OB＝8 cm，CD＝4 cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________.

图4－2－5

二、实验注意事项与误差分析

1．实验中，玻璃砖在纸上位置不可移动．

2．不能用手触摸玻璃砖光洁面，更不能把玻璃砖当尺子用．

3．大头钉应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差．

4．实验中入射角不宜过小，否则会使测量误差大，也不宜过大．

5．本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖，而是采用三棱镜、半圆形玻璃砖等，那么只是出射光和入射光不平行，同样能测出折射率．

针对训练

1

用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图4-2-4甲所示(O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线)．

(1)在图上补画出所需的光路；

(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角；

(3)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射

角的正弦值，画出了如图4-2-4乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________.

2.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是(

) A．为了减少作图误差，P3和P4的距离应适当取大些

B．为减少测量误差，P1、P2连线与玻璃砖界面的夹角应适当取大一些

C．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像

D．若P1、P2连线与法线NN′间夹角较大时，有可能在bb′一侧就看不到P1、P2的像

题组一

注意事项与误差分析

1．为了使测量结果更精确可以采取的办法是(

) A．多次测量取平均值

B．插针间距适当大些

C．插针间距尽量小些

D．入射角尽量大些

2．在利用插针法测定玻璃折射率的实验中：

(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图4－2－9甲所示．则他测出的折射率将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．

(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图乙所示，则他测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．

图4－2－9