测定玻璃砖的折射率

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实验3：测定玻璃的折射率

一、实验目的：测定玻璃砖的折射率。 二、实验原理：

1.求折射率的公式有：

（1）n=

r i

sin sin （i 为光线在真空中的角，r 为光线在介质中的角） （2）n=C sin 1

（C 为临界角）

（3）n=v

c

（c 为真空中光速，v 为介质中光速）

2.要测玻璃砖的折射率，显然用n=r

i

sin sin 简便易行

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

四、实验步骤：1.将玻璃砖放在白纸上，画出上下两界面，做出法线。让光线从玻璃砖上方射入，下方穿出。做出入射光线和折射光线，用量角器测出入射角i 和折射角r ，代入公式n=

r

i

sin sin 即可求出折射率n 。 2.入射角i 和折射角r 的确定

（1）用插在白纸上的大头针做为入射光源，大头针P 1、P 2在白纸上的插点的连线就是入射光线。

（2）在玻璃砖的另一侧用眼睛观察P 1和P 2的像，并在像的反向延长线上插大头针P 3、P 4。大头针P 3、、P 4在白纸上的插点的连线就是出射光线。 （3）连接入射点和出射点即为折射光线。

五、注意事项：

1.实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P 1和P 2之间，P 2和O 点之间，P 3和P 4之间，P 3和O ’点之间距离要稍大一些。

2.入射角i 应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大。

3.操作时，不能用手触摸玻璃砖的光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子用。

4.在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 六、数据处理：

1.此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和反射角的正弦值，代入n=

r

i

sin sin 中，求玻璃的折射率。 2.其他处理数据的方法：

① 在找到人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14-2所示. 由于CO CC 'sin =

α， DO

DD '

sin =β 而CO=DO ，所以折射率'

'

sin sin 1DD CC n ==

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

图14-2

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②根据折射定律可得β

α

sin sin =

n ，因此有αβsin 1sin n =

在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sin α

值为横坐标，以sin β值为纵坐标建立直角坐标系.如图实14-3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n

k 1

=. 故玻璃砖折射率k

n 1=

七、误差分析：

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。

【考能训练】

1.某同学用插针法测定玻璃的折射率n,如图实14-7所示,他的实验方法和操作步骤正确无误，但事后发现玻璃砖的两个光学面ab 与cd 不平行.那么下列说法正确的是（ ） A. P 1、P 2与P 3、P 4两条直线一定不平行 B. P 1、P 2与P 3、P 4两条直线一定平行 C.他测出的n 值一定偏大 D.他测出的n 值不受影响

2.一束光线从空气射向水中，入射角为300，在介面上光的一部分被反射，另一部分被折射，则反射光线与折射光线之间的夹角为（ ）

A 、小于300

B 、在300到600之间

C 、大于1200

D 、在600到1200之间

3.两种透明介质对真空的全反射临界角为C 1、C 2，且C 1＞C 2，由此可知，这两种介质中光速V 1、V 2、折射率n 1、n 2的大小关系是（ ） A 、n 1＞n 2，V 1＞V 2 B 、n 1＞n 2，V 1＜V 2 C 、n 1＜n 2，V 1＜V 2 D 、n 1＜n 2，V 1＞V 2。

4、如图所示，光在真空和介质的界面MN 上发生偏折，那么：①光是从真空射向介质。 ②介质的折射率为1.73。 ③光在介质中的传播速度为1.73×108m/s 。 ④反射光线与折射光线成600

角。 则下列组合正确的是（ ）

A 、①②

B 、②③

C 、①②③④

D 、①②③

5.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实14-14①、②和③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其它操作均正确,且均以aa ′、bb ′为界面画光路图,则（ ）

甲同学测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”“偏小”或“不变”）. 乙同学测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”“偏小”或“不变”）. 丙同学测得的折射率与真实值相比 .（填“偏大”“偏小”或“不变”）.

图

14-3