实验14 测定玻璃的折射率

实验十四 测定玻璃的折射率

一、实验目的

测定玻璃的折射率

二、实验原理

如图1所示，abb ′a ′为两面平行的玻璃砖，光线的入射角为θ1，折射角为θ2，根据n ＝sin θ1sin θ2

可以计算出玻璃的折射率．

图1

三、实验器材

木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔．

四、实验步骤

1．用图钉把白纸固定在木板上．

2．在白纸上画一条直线aa ′，并取aa ′上的一点O 为入射点，作过O 的法线NN ′.

3．画出线段AO 作为入射光线，并在AO 上插上P 1、P 2两根大头针．

4．在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa ′对齐，并画出另一条长边的对齐

线bb ′.

5．眼睛在bb ′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P 1的像被P 2的像挡

住，然后在眼睛这一侧插上大头

针P 3，使P 3挡住P 1、P 2的像，再插上P 4，使P 4挡住P 3和P 1、P 2的像．

6．移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P 3、P 4的针孔位置确定出射光线O ′B 及出射点O ′，

连接O 、O ′得线段OO ′.

7．用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.

8．改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的sin θ1sin θ2

，并取平均值． 五、误差分析

1．入射光线和折射光线确定的不准确性．

2．测量入射角和折射角时的误差．

六、注意事项

图2

图3

1．玻璃砖应选用厚度、宽度较大的．

2．大头针应竖直地插在白纸上，且间隔要大些．

3．实验时入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间．

4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线．

5．实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变．

记忆口诀

白纸上面画边缘，然后才放玻璃砖；

两针决定入射光，再插一针挡两像；

两针两像成一线，去砖画图是重点；

入射线，折射线，做出法线角出现；

入射角，折射角，不大不小是最好；

拿砖要触毛玻面，插针竖直做实验.

例1 一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的

(光线不能通过此表面)．现要测定此玻璃砖的折射率，给定的器

材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P 1、P 2、P 3、P 4)、带有刻度

的直角三角板、量角器．实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相 互平行的表面与纸面垂直．在纸面上画出直线aa ′和bb ′，aa ′表示镀银的玻璃表面，bb ′表示另一表面，如图2所示．然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P 1、P 2.用P 1、P 2的连线表示入射光线．

(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P 3、P 4？试在题图中标出P 3、P 4的位置．

(2)然后，移去玻璃砖与大头针．试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤．

(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式n ＝________.

例2 实验室有一块长方体透明介质，截面如图3中ABCD 所

示．AB 的长度为l 1，AD 的长度为l 2，且AB 和AD 边透光，而

BC

和CD 边不透光且射到这两个边的光线均被全部吸收．现让一

平行光束以入射角θ1射到AB 面，经折射后AD 面上有光线射

出．甲、乙两同学分别用不同的方法测量该长方体介质的折射率．

(1)甲同学的做法是：保持射到AB 面上光线的入射角θ1不变，用一遮光板由A 点沿AB 缓慢推进，遮光板前端推到P 时，AD 面上恰好无光线射出，测得AP 的长度为l 3，则长方

图4

图5

体介质的折射率可表示为n ＝__________；

(2)乙同学的做法是：缓慢调节射到AB 面上光线的入射角，使AD 面也恰好无光线射出．测得此时射到AB 面上光线的入射角为θ2，则长方体介质的折射率可表示为n ＝____________；

(3)θ1和θ2的关系为：θ1______θ2(填“>”、“<”或“＝”)．

例3 学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光

学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图4所

示．在一圆盘上，过其圆心O 作两条互相垂直的直径BC 、

EF ，在半径OA 上，垂直盘面插下两枚大头针P 1、P 2，并保

持P 1、P 2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入 液体中，而且总使得液面与直径BC 相平，EF 作为界面的法线，而后在图中右上方区域 观察P 1、P 2的像，并在圆周上插上大头针P 3，使P 3正好挡住P 1、P 2的像，同学们通过 计算，预先在圆周EC 部分刻好了折射率的值，这样只要根据P 3所插的位置，就可直接 读出液体折射率的值，则：

(1)若∠AOF ＝30°，OP 3与OC 的夹角为30°，则P 3处所对应的折射率的值为________．

(2)图中P 3、P 4两位置哪一处所对应的折射率的值大？

答：________________________________________________________________________.

(3)作AO 的延长线交圆周于K ，K 处所对应的折射率值应为

________.

1．关于“测定玻璃的折射率”的实验中，下列说法中不正确的是 ( )

A ．有一组入射角(θ1≠0)和折射角，便可以得出玻璃的折射率

B ．在本实验中采用玻璃砖，这是因为只有玻璃砖才能测出玻璃的折射率

C ．本实验的各项步骤，都是为了找到给定的入射角的折射角而设计的

D ．棱镜、半圆形玻璃砖等都可以用来测定玻璃的折射率

2．用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖

界面aa ′和bb ′，若不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在图5所

示的位置上，而实验中其他操作均正确，则测得的折射率将 ( )

A ．偏大

B ．偏小

C ．不变

D ．无法确定

3．在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa ′、

bb ′与玻璃砖位置的关系分别如图6①、②和③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻