测定玻璃的折射率

测定玻璃的折射率

1. 实验目的

(1) 通过实验，掌握光线以一定入射角穿过平行玻璃板的光路规律.

(2) 学会对光线在空气中的入射角，在玻璃中的折射角的确定和量度，并根据折射定律计算出玻璃的折射率.

2. 实验原理: 当光线以一定的入射角穿过一块两面平行的玻璃砖时，传播方向不变，但是出射方向与入射方向相比有一定的侧移，由图3-178可知，只要能找出跟入射光线AO 相对应的出射光线O′B，就能画出折射光线OO′，量出入射

角α和折射角γ，根据折射定律n=就可以算出玻璃的折

射率了.

3. 实验器材:木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角

器、三角板、铅笔

4. 实验步骤

(1) 把白纸用图钉钉在木板上.

(2) 沿玻璃砖的一个面画一条直线aa′作为界面(如图

3-178所示)过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角i适当大些.

(3) 在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa′重合.

(4) 沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb′.

(5) 在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针，用眼睛观察调整视线，同时移动大头针P3的位置，使P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1、P2的像，把此时大头针P3的位置固定，插好.

(6) 同样地，在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3本身，同时也挡住P1、P2的像.

(7) 记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线

BO′交bb′于O′点，连接OO′，OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为γ.

(8) 用量角器量出入射角i和折射角γ的大小.

(9) 改变入射角i，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角.

(10) 算出不同入射角时的值，求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率.

5. 注意事项

(1) 插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，不要靠的太近，选择玻璃砖时其宽度宜大些，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(接近零度)，也不能太大(接近90°)，因为入射角太小时，折射角就更小，测量的相对误差增大，而入射角太大时，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.

(3) 如果插针P1、P2的连线过分射向玻璃砖右侧，且入射角又大于某一数值，会出现隔着玻璃砖沿P2P1方向观察不到P1、P2两插针的情况，此时的光路图如图3-179甲所示，遇到

这种情况，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意移动，如果稍微上下平移玻璃砖对测量结果没有影响，其光路图如图3-179乙所示，但若玻璃砖稍微倾斜移动，测得的折射率肯定发生变化.

难点突破：

1. 数据处理

把P3、P4按操作要求插

好后，移动玻璃砖，拔去大

头针，过P1P2画直线表示入

射光线，与玻璃砖边界aa′

交点O即为入射点; 过P3、

P4画直线即点对应的出射光

线OB与玻璃砖边界bb′的

交点O′即为出射点，连接OO′，OO′是折射光线，用量角器量出入射角i和折射角γ，查表求sin i、sinγ.

(1) 平均值法求所测定玻璃的折射率: 根据测量数据求出各组n= ,再算求这n组

的平均值即为玻璃的折射率.

(2) 图像法求折射率: 用sin i表示纵坐标，用sinγ表示横坐标，把各组对应的数据描到坐标纸上，根据所描的点用过原点的直线使所描点尽量落在所画的直线上，或均匀后分布于直线的两侧，该直线的斜率即表示所测定的玻璃的折射率.

2. 实验研究

(1) 如果不用量角器而使用直尺和圆规，也能求出玻璃的折射率. 如图3-180所示，以入射点O为圆心以折射光OO′为半径画圆，延长入射光线交圆于C

点，然后过O′和C分别作aa′的垂线，得交点A和B，用直尺测OA和OB的长度，则玻璃砖的折射率n===

(2) 如果没有两面平行的玻璃砖，使用三棱镜、半圆形玻璃砖等，也能测出这些形状玻璃的折射率. 仍然采用插针法，以三棱镜为例，可以按如图3-181所示确定入射光线AO，出射光线O′B，则OO′为折射光线用量角器量出i、

γ，即可求出折射率n=.

例题3-44 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祭，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、

P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出大

头针位置和三棱镜轮廓，如图3-182所示.

(1) 在本题的图中画出所需的光路.

(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=_____.

例题3-45 某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与圆形玻璃同半径的圆，圆心为O，将圆形玻璃平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合，在玻璃的一侧竖直插两枚大头针P1和P2，在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4、P3和P2、P1的像恰好在一条直线上，移去玻璃和大头针后得到图3-184，在图中画出:

(1)沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向.

(2)光线在玻璃内的传播方向.

(3)在光线的入射点作法线，标出入射角i和折射角γ.

(4)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算).