粤教版高中物理选修3-4测定介质的折射率.ppt

一、测定介质的折射率 1.实验原理 折射率 ,通过测定入射角i和折射角γ即可计算出介质的折射率。 2.实验器材 白纸、图钉、平木板、刻度尺、铅笔、大头针、量角器、长方体玻璃砖。 3.介质的折射率由介质决定,与入射角、折射角的大小无关。 测定玻璃的折射率 1.实验步骤 (1)如图所示,将白纸用图钉钉在平木板上。 (2)在白纸上画出一条直线aa作为界面(线),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。 (3)把长方体玻璃砖放在白纸上,使它的上边跟aa对齐,画出玻璃砖的另一边bb。 (4)在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2,透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,记下P3、P4的位置。 (5)移去大头针和玻璃砖,过P3、P4所在处作直线OB交bb于点O,直线OB就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。 (6)连接OO即为折射光线,入射角i=∠AON,折射角r=∠OON,用量角器量出入射角和折射角。 (7)用上述方法测出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角。 2.数据处理 (1)计算法:通过测量入射角和折射角,然后从三角函数表中,得出入射角和折射角的正弦值,再代入 中求多次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。 (2)图象法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sini-sinr图象,由 可知图象应为直线,如图所示,其斜率为折射率。 (3)单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。 ①以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO于E点,过E作NN的垂线EH,过E作NN的垂线EH,如图所示。 ②由图中关系 只要用刻度尺测出EH、EH 的长度就可以求出n。 3.注意事项 (1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。 (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)在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面,更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 (4)在实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 (5)玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。 4.实验误差 (1)入射光线和出射光线画得不够精确。因此,要求插大头针时两大头针间距应稍大。 (2)入射角、折射角测量不精确。为减小测角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。 【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)。现要测定此玻璃的折射率。给定的器材还有:白纸、铅笔、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、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,如图所示。然后,在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图)。用P1、P2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P3、P4?试在题图中标出P3、P4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。 解析:(1)在bb一侧观察P1、P2(经过bb折射aa反射,再经bb折射后)的像,在适当的位置插上P3,使得P3 与P1、P2的像在一条直线上,即让P3挡住P1、P2的像;再插上P4,让它挡住P2(或P1)的像和P3。P3、P4的位置如图。 (2)①过P1、P2作直线与bb交于O; ②过P3、P4作直线与bb交于O; ③利用刻度尺找到OO的中点M; ④过O点作bb的垂线CD,过M点作bb的垂线与aa相交于N,如图所示,连接ON; ⑤∠P1OD=θ1,∠CON=θ2。 答案:见解析。 在学会测量长方体玻璃砖的折射率后,思考如何测量玻璃三棱镜的折射率? 解析:对于玻璃三棱镜折射率的测定,其方法与球形玻璃折射率的测定方法是一样的:(1)在玻璃的一侧竖直插两枚大头针P1和P2。(2)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。(3)移去玻璃和大头针后得到如图所示的光路图,可以按光路图确定入射光线AO,出射光线OB,则 OO为折射光线。(4)用量角器量出i、r, 即可求出折射率