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物理选修3-4实验
实验1.测得玻璃的折射率
【知识要点】
一、实验目的
1.测定玻璃的折射率.2.学会用插针法确定光路.二、实验原理
2 sinθ如图所示,当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2
2 sinθ
折射光线OO
和折射角θ
sinθ1或n=PN算出玻璃的折
1 2
射率.
,再根据n=
2
QN′
三、实验器材玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔.
四、实验步骤
如图所示,把白纸铺在木板上.
在白纸上画一直线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.
把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa′重合,再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′.
1 2在线段AO上竖直地插上两枚大头针P、P
1 2
3 4 3 1 2 4 3 1 2从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像,调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住.再在bb′一侧插上两枚大头针P、P,使P能挡住P、P的像,P能挡住P本身及P、P
3 4 3 1 2 4 3 1 2
1 2 3 4移去玻璃砖,在拔掉P、P、P、P
1 2 3 4
3 4的位置,过P、P作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′,OO′就是玻璃砖内折射光线的方向.∠
3 4
为入射角,∠O′ON′为折射角.7.改变入射角,重复实验.五、数据处理
2 1计算法:用量角器测量入射角θ1和折射角θ,并查出其正弦值sin
2 1
和sinθ.
sinθ1,并取平均值.
22算出不同入射角时的sinθ
2
1 2 1 2作sinθ-sinθ图象:改变不同的入射角θ,测出不同的折射角θ
1 2 1 2
作sinθ-sinθ图象,由n=sinθ1可知图象应为直线,
1 2 sinθ2
如图实-13-3所示,其斜率为折射率. 图实-13-3
1 2“单位圆法”确定sinθ、sinθ,计算折射率n.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E′H′.如图实-13-4所示,sinθ
1 2
1
EH E′H′ sinθ1 EH
=OE,sinθ2=OE′,OE=OE′=R,则n=sinθ=E′H′.只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出
2
n.
实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变.
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.七、误差分析
入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一
些.
入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差.八、实验改进
本实验可用半圆形玻璃砖代替长方形玻璃砖,做法如下:
在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P、P,确定入射光线,并让入射光线
1 2
过圆心O,在玻璃砖另一侧垂直纸面插大头针P,使P挡住P、P的像,连
3 3 1 2
AB
sinθ
OB AB
2接OP3,作光路图如图所示.则折射率n=sinθ1=CD=CD.
2
OC
【考点突破】
问题1.如图所示是上下两个面彼此平行的玻璃砖,两个面
之间的距离为h。一束光线以入射角i从上表面的O点入射,从 A
1P N
1
下表面的Oˊ点射出。 P
2 i a′
证明入射玻璃砖的光线和出射的光线平行 a
O
证明侧移量随入射角的增大而增大。
N′
由图示可知能够确定入射角和折射角,因此可以测定 b b′
P玻璃的折射率,怎样确定入射光线?怎样确定折射光线?(插 E r
P
3
4 B针法)
4 B
实验过程中,角度的测量会带来误差,实验时入射角度大一些好还是小一些好?
实验的过程中入射角和折射角不一定是特殊角,计算角度的正弦值有很大的难度。你怎样解决这个问题?
只使用一次测量数据会给实验结果带来很大的误差,某位同学多次测量入射角α和折射角β,做出了如图所示的图像。图像中斜率表示什么意思?
某同学用插针法测定玻璃砖的折射率,他的实验方法和操作步骤正
确无误。但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面aa’与bb’不平行,如图所示:则( )
A.PP与PP两条直线平行
A
12 34
B.PP与PP两条直线不平行
B
12 34
C.他测出的折射率偏大D.他测出的折射率不受影响
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