2. 学生实验：测定玻璃的折射率教学设计(第二课时)

学生实验：测定玻璃的折射率的教学设计

1、实验目的：测定玻璃的折射率。

2、实验原理：用插针法确定光路，找出和入射线相应的折射线；用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率n=

。

3、实验器材：玻璃砖、白纸三张、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板（或直尺）、铅笔。

4、实验步骤：

①把白纸用图钉钉在木板上。

②在白纸上画一条直线aa'作为界面，画一条线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa'的法线NN'，如图所示。

③把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa'对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb'。

④在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1和P2。

⑤在玻璃砖的bb'一侧竖直地插上大头针P3，用眼睛观察调整视线，要使P3能同时挡住P1和P2的像。

⑥同样地在玻璃砖的bb'一侧再竖直地插上大头针P4，使P4能挡住P3本身和P1与P2的像。

⑦记下P3和P4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P3和P4引直线O'B与bb'交于O'点，连接O与O'，OO'就是玻璃砖内的折射光线的方向，入射角i=∠AON，折射角r=∠O'ON'。

⑧用量角器量出入射角i和折射角r的度数。

⑨从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里。

⑩用上面的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，把这些数据记在表格里。

⑾算出不同入射角时

的值。比较一下，看它们是否接近一个常数，求出几次实验中所测

的平均值，这就是玻璃的折射率。

5、重要注意事项：

①玻璃砖要厚。

②入射角应在30°到60°之间。

③大头针的间距应较大些。

④玻璃砖的折射面要画准。

⑤大头针要插得竖直。

6、误差及分析；

①入射光线、出射光线确定的准确性，要求入射侧、出射侧所插两枚大头针间距宜大点。

②测量入射角与折射角时的相对误差，故入射角不宜过小。入射角也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱。

例1．某同学用两面平行的玻璃砖做测定玻璃折射率的重要实验，步骤如下：

A、用图钉把白纸钉在平木板上，在白纸上画一条直线aa'作为界面，过aa'上的一点O画法线和一条线段AO作为入射光线，然后把玻璃砖放在白纸上使它们的长边跟aa'对齐，画出玻璃砖的另一边bb'。

B、在线段AO上竖直插上两枚大头针P1和P2，透过玻璃砖观察大头针的像，移动玻璃砖直到P1的像被P2挡住。然后在观察的这一侧插上大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，记下P3和P4的位置。

C、移去大头针和玻璃砖，过P3、P4引一直线O'B与直线bb'交于O'，连接OO'，则OO'就是折射光线。

上述操作中不正确的是____________。

实验获得入射光线和折射光线后还需用什么器材、资料才能求出折射率______________。

解析：测定玻璃折射率的实验原理是：如图所示，当光线AO以一定的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O'B，从而求出折射光线OO'和折射角r，再由n=

算出玻璃的折射率。

本实验所用的实验器材有：玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板和铅笔。

所以本例中操作不正确的是：观察P1、P2的像时不能移动玻璃砖而应该移动眼睛视线。实

验获得入射光线和折射光线后还需用量角器量出入射角i和r，从三角函数表中查出它们的正弦值，用n=

算出折射率。

例2．某同学在做完插针法测玻璃砖折射率的实验后有几点体会，其中不正确的是（

）

A、当入射角相同时，玻璃砖越厚，入射光线侧移量越大。

B、入射角的值应取稍大些，这样可减少实验误差。

C、玻璃砖的两个面aa'和bb'不平行时，无法测出玻璃的折射率。

D、若玻璃砖的两个面平行，但入射角为零，无法测出玻璃的折射率。

解析：

本实验应注意的事项有：

（1）轻拿轻放玻璃砖，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，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'。

（2）实验过程中，玻璃砖在纸面上的位置不能移动。

（3）插针P1与P2、P3与P4的间距应适当大些，以减小确定光路方向时出现的误差。

（4）实验时入射角不能太小（接近零度），否则会使测量误差加大；也不能太大（接近90°），否则会使实验中不易观察P1、P2的像。

（5）本实验中有采用的不是两面平行的玻璃砖，如采用三棱镜、半圆形玻璃砖，只是出射光和入射光不平行，但一样能测出折射率。

基于以上的分析，所以本例的正确答案为C。

例3．在做测定玻璃折射率的实验时。（1）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的界面ab前，不慎碰了玻璃砖使它向ab方向平移了一些，如图（甲）所示，其后的操作都正确，但画光路图时，将折射点确定在ab和cd上，则测出的n值将_____________。（2）乙同学为了避免笔尖接触光学面，画出的a'b'和c'd'都比实际侧面向外侧平移了一些，如图（乙）所示，

以后的操作均正确，画光路图时将入射点和折线点都确定在a'b'和c'd'上，则测出的n值将_____________。（3）丙同学在操作和作图时均无失误，但所用玻璃砖的两个界面明显不平行，这时测出的n值将______________。

解析：（1）不变，此时玻璃砖的平移对测量结果没有影响。由图（甲）可看出折射角不变，入射角相同，故测得的折射率将不变。

（2）变小。由图（乙）可看出，使入射点O向左移，折射点向右移，所画出的折射角r'比实际折射角r偏大，由n=sini/sinr知，测得的折射率偏小。

（3）无影响。同样可根据入射光线和出射光线确定玻璃内折射光线，从而确定入射角和折射角，只要第二个界面不发生全反射就行了。不过，入射光线和出射光线不平行，如图（丙）。

例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，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观察，调整视线使P1的像被P2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和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。

（1）在图上画出所需的光路。（2）为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是_________，在图上标出它们。（3）计算折射率的公式是n=__________。

解析：（1）如图所示，画出通过P1P2和P3P4的光线，包括在棱镜内的那部分路径。

（2）入射角i和折射角r，如图所示（或线段EF，OE，GH，OG）。

（3）n=

（或n=

）。

例5．某同学由于没有量角器，他在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O、O'连线延长线于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交于NN'于D点，如图6所示，用刻度尺量得OB=8.00cm，CD=4.00cm。由此可得出玻璃的折射率n=________。

解析：

答案1.50，由图可知：sin∠i=sin∠AOB=AB/OA，sin∠r=sin∠COD=CD/OC，在这OA=OC=R=10.00cm，CD=4.00cm，AB=

，代入解得：n=1.50