测定玻璃的折射率(教案三)

博立中学高二年级（下）物理（教案） 编号03

第1节 光的反射和折射（第2课时）

实验：测定玻璃的折射率

制作人：张 杰 审核人：高二年级组 日期：2014年5月20日

【实验目的】测定玻璃的折射率

【实验原理】光从真空（空气）射入玻璃时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值

【实验仪器】玻璃砖、大头针、白纸一张、直尺、铅笔、量角器

【实验步骤】

按照图13-1-9：

（1）先在白纸上画一条直线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，然后把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟 aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′；

（2）在线段AO 上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2，透过玻璃观察大头针P 1、P 2的像，调整视线的方向，直到P 1的像被P 2挡住，再在观察的这一侧插两枚大头针P 3、P 4，使P 3挡住P 1、P 2的像，P 4挡住P 1、P 2的像及P 3，记下P 3、P 4的位置；

（3）移去大头针和玻璃砖，过P 3、P 4引直线O′B ，与bb′交于O′，直线O′B 就代表了沿AO 方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向，连接OO′，OO′就是折射光线的方向，入射角i=∠AON ，折射角r=∠O′ON′；

（4）用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记入自己设计的表格里；

（5）用上面的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，把这些数据也记在表格里；

（6）算出不同入射角的

r i sin sin 的值，比较一下，看它们是否接近于一个常数，求出几次实验中测得的r

i sin sin 的平均值，就是玻璃的折射率. 【实验结论】探究结论：通过实验探究，可以发现，当入射角分别取不同值时，折射角也不同，但r

i sin sin 的值近似相等，所以说介质对光的折射率的大小由介质本身的性质决定，与入射角和折射角的大小无关.

【注意事项一】

（1）玻璃砖的折射面必须画准确，才能确定法线，准确地画出入射角和折射角；

（2）实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上AB 、BO 、CD 之间、CO'之间距离要稍大一些；

（3）入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差；

（4）实验过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变，不要用手触摸玻璃砖光洁的光学面；

（5）玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5㎝以上，宽度太小则测量误差较大

【注意事项二】

在做此实验时，为了使测定结果更为准确，有以下几点需要注意：

（1）插针P1与P2、P3与P4的间距要适当的大些，不要靠得太近，选择玻璃砖时，宽度宜大些，这样可减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度.

（2）入射角不能太小（接近0°）也不能太大（接近90°），因为入射角太小时，折射角就会更小，测量时相对误差增大；入射角太大时，导致反射光太强、折射光太弱，不易观察，很难确定P3、P4的位置.

图13-1-6 图13-1-7

（3）如果通过插针P1、P2的连线的光线射向玻璃右侧，且入射角又大于某一数值，会出现隔着玻璃砖沿P2、P1方向观察不到P1、P2两插针情况，此时的光路图如图13-1-7所示，遇到这种现象，可将玻璃砖沿aa′界面向右平移.

（4）实验中一旦玻璃砖宽度所定的界面线aa′和bb′画好后，放置的玻璃砖就不要随便移动，如果玻璃砖稍微斜移动，测得的折射率肯定发生变化.如果稍微上下平移了玻璃砖对测量结果没有影响，其光路如图13-1-8所示.

（5）本实验中如果采用的不是两面平行的玻璃砖而采用三棱镜、半圆形玻璃砖，只是出射光与入射光不平行，但一样能测出折射率.

【例题探究】

例题1. 如果不用量角器测入射角和反射角的度数，怎样从几何的角度直接算出折射率？

在画出光路图中作出适当的辅助线分析说明。

例题2. 关于图13.1-3测定玻璃折射率的实验，回答以下问题：

（1）证明图中的入射光线与射出玻璃砖的光线是平行的。

（2）如果光射入和射出玻璃的两个面是平行的，射出玻璃砖的光线相对入射光线来说产生了侧移。证明：入射角越大侧移越大。

（3）为了减少误差，入射角大一些好还是小一些好？

例题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13-1-3所示的四组插针结果.

图13-1-3

（1）从图上看，肯定把大头针插错了的同学是________________________________. （2）从图上看，测量结果准确度最高的同学是________________________________.

思路解析：由上图可知，乙图中出射线向左上侧偏移不符合实际，肯定插错了，甲、丙和丁相比较，前面两者入射角及两个插针间距比图丁小些，故丁同学测量最准确.

答案：（1）乙（2）丁

方法小结:光线透过平行玻璃砖时出射光线与入射光线平行，且从空气射入玻璃时，入射角大于折射角，因而光线透出时相当于入射光线向右下侧发生偏移，另外，插针确定光路时，入射角稍大些好且插针相距稍远些好.

例题 4.如图13-1-4所示，在用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下各说法正确的是

（)

图13-1-4

A.P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度

B.P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度

C.入射角i适当大些，可以提高准确度

D.入射角太大，入射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行

例题5如图13-1-5所示中一半圆形玻璃外面插下P

、P2、P3、P4四个大头针，P3、P4可

1

挡住P1、P2所成的像，已知O、P2、P1在一直线上，O、P3、P4也在一直线上，P1、P4点分别为（1，3)、(-3,-1)，则折射率为___________________，若将玻璃砖绕O点在纸面上旋转15°，仍要P4挡住P2、P1像，则P4′点的坐标为______________.

图13-1-5

答案:3(-3,+1)