第4章 2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率

1、.2學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定玻璃的折射率二、實(shí)驗(yàn)原理用插針法確定光路，找出與入射光線相對(duì)應(yīng)的玻璃中的折射光線，用量角器測(cè)出入射角i和折射角r，根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率nsin i/sin r.三、實(shí)驗(yàn)器材兩對(duì)面平行的玻璃磚一塊，大頭針?biāo)拿?，白紙一張，直尺一把或三角板一個(gè)，量角器一個(gè)一、實(shí)驗(yàn)步驟1先在白紙上畫一條直線EE，代表兩種介質(zhì)的分界面；再畫出一直線段AB代表入射光線；然后畫出分界面上B點(diǎn)處的法線NN，如圖4­2­1所示測(cè)定玻璃的折射率圖4­2­12把長(zhǎng)方形玻璃磚放在白紙上，使它的一個(gè)長(zhǎng)邊與EE對(duì)齊用直尺或三角板輕靠在玻璃磚的

2、另一長(zhǎng)邊，按住直尺或三角板不動(dòng)，將玻璃磚取下，畫出直線FF代表玻璃磚的另一邊3在直線AB上豎直地插上兩枚大頭針G1、G2，放回玻璃磚，然后透過玻璃磚觀察大頭針G1、G2的像，調(diào)整視線方向，直到G1的像被G2擋住4再在觀察的這一側(cè)豎直地插上兩枚大頭針G3、G4，用G3擋住G1和G2的像，用G4擋住G3以及G1、G2的像5移去大頭針和玻璃磚，過G3、G4的插點(diǎn)畫直線CD，與FF相交于C點(diǎn)，直線CD就表示沿直線AB入射的光線透過玻璃磚后的光線連接BC，BC就是玻璃磚內(nèi)折射光線的途徑6用量角器測(cè)出入射角i和折射角r，從三角函數(shù)表中查出它們的正弦值7通過上面的步驟分別測(cè)出入射角為15°、30&

3、#176;、45°、60°、75°時(shí)的折射角，并查出它們相應(yīng)的正弦值二、數(shù)據(jù)處理及誤差分析此實(shí)驗(yàn)是通過測(cè)量入射角和折射角，然后查數(shù)學(xué)用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入n中求玻璃的折射率除運(yùn)用此方法之外，還有以下處理數(shù)據(jù)的方法1處理方法一在找到入射光線和折射光線以后，以入射點(diǎn)O為圓心，以任意長(zhǎng)為半徑畫圓，分別與AO交于C點(diǎn)，與OO或OO的延長(zhǎng)線交于D點(diǎn)，過C、D兩點(diǎn)分別向NN作垂線，交NN于C、D，用直尺量出CC和DD的長(zhǎng)如圖4­2­2所示圖4­2­2由于sin i，sin r，而CODO，所以折射率：n1.重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)

4、，求得各次折射率計(jì)算值，然后求其平均值即為玻璃磚折射率的測(cè)量值2處理方法二根據(jù)折射定律可得n.因此有sin rsin i.根據(jù)所量得的角度的正弦值作出sin rsin i圖像，如圖4­2­3所示，那么圖線的斜率的倒數(shù)即為折射率這樣也可以減小誤差圖4­2­3設(shè)斜率為k，那么k，所以n.三、本卷須知1實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能將大頭針豎直插在紙上，同側(cè)兩針之間的間隔 要稍大些2入射角應(yīng)適當(dāng)大些，以減小測(cè)量角度的誤差，但也不宜太大，入射角太大，在玻璃磚的另一側(cè)會(huì)看不清大頭針的像3操作時(shí)不要用手觸摸玻璃磚的光滑光學(xué)面，更不能把玻璃磚界面當(dāng)尺子畫界限4在實(shí)驗(yàn)過程中，玻璃磚與白

5、紙的相對(duì)位置不能改變5玻璃磚應(yīng)選擇寬度較大的，一般要求在5 cm以上，假設(shè)寬度太小，那么測(cè)量誤差較大6入射點(diǎn)應(yīng)盡量靠近玻璃磚上界面的左側(cè)，使之在玻璃磚的另一側(cè)可以找到對(duì)應(yīng)的出射光線實(shí)驗(yàn)探究1實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理用圓弧狀玻璃磚做測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎直插上兩枚大頭針P1、P2，然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4，使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位置和圓弧狀玻璃磚輪廓如圖4­2­4甲所示O為兩圓弧圓心，圖中已畫出經(jīng)過P1、P2

6、點(diǎn)的入射光線1在圖上補(bǔ)畫出所需的光路；2為了測(cè)出玻璃的折射率，需要測(cè)量入射角和折射角，請(qǐng)?jiān)趫D中的AB分界面上畫出這兩個(gè)角；3屢次改變?nèi)肷浣?，測(cè)得幾組入射角和折射角，根據(jù)測(cè)得的入射角和折射角的正弦值，畫出了如圖4­2­4乙所示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率n_.圖4­2­4【解析】1連接P3、P4與CD交于一點(diǎn)，此交點(diǎn)即為光線從玻璃磚中射出的位置，又由于P1、P2的連線與AB的交點(diǎn)即為光線進(jìn)入玻璃磚的位置，連接兩點(diǎn)即可作出玻璃磚中的光線，如下圖2連接O點(diǎn)與光線在AB上的入射點(diǎn)即為法線，作出入射角和折射角如圖中i、r所示3圖像的斜率kn，由題意乙可知斜率為

7、1.5，即玻璃的折射率為1.5.【答案】1見解析圖2見解析圖31.5某同學(xué)由于沒有量角器，在完成了光路圖以后，以O(shè)點(diǎn)為圓心，10.00 cm長(zhǎng)為半徑畫圓，分別交線段OA于A點(diǎn)，交O和O連線延長(zhǎng)線于C點(diǎn)，過A點(diǎn)作法線NN的垂線AB交NN于B點(diǎn)，過C點(diǎn)作法線NN的垂線CD交NN于D點(diǎn)，如圖4­2­5所示，用刻度尺量得OB8.00 cm，CD4.00 cm，由此可得出玻璃的折射率n_.圖4­2­5【解析】sin 1AB/AO，sin 2CD/OC，而nsin 1/sin 2·，因?yàn)锳OOC，所以nAB/CD /41.5.【答案】1.5實(shí)驗(yàn)探究2實(shí)驗(yàn)誤差的分析在利用插針法測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中：1甲同學(xué)在紙上正確畫出玻璃磚的兩個(gè)界面aa和bb后，不小心碰了玻璃磚使它向aa方向平移了少許，如圖4­2­6甲所示那么他測(cè)出的折射率將_填“偏大“偏小或“不變；2乙同學(xué)在畫界面時(shí)，不小心將兩界面aa、bb間距畫得比玻璃磚寬度大些，如圖4­2­6乙所示，那么他測(cè)得的折射率_填“偏大“偏小或“不變圖4­2­6【解析】1如圖甲所示，甲同學(xué)利