《学生实验：测定玻璃的折射率》参考教案.docVIP

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4.2《学生实验：测定玻璃的折射率》教案

【重要知识提示】

1．实验目的、原理

(1)实验目的

测定玻璃的折射率，掌握光发生折射时入射角和折射角的确定方法。

(2)实验原理。

如图所示，用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O’B，确定出O’点，画出折射光线00’，然后测量出角α和β，根据计算玻璃的折射率。

2．实验器材

白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平

木板，长方形玻璃砖。

3．实验步骤及调整安装

(1)将白纸用图钉按在绘图板上。

(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)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa’对齐，画出玻璃砖的另一边NN’

(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Pl、P2的像，调整视线方向，直到P2档住P1的像。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3档住Pl、P2的像，P4档住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O’B，与bb’交于0’，直线0’B就代表了沿

(6)连接00’，入射角a=∠AON，折射角β=∠OON’

(7)用上述方法分别求出入射角分别为300、450、600时的折射角，查出它们的正弦值，填人表格中。

(8)算出不同入射角时的比值面，最后求出在几次实验中所测面的平均值，即为玻璃砖折射率的测量值。

4．注意事项

(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P2与O点之间、P3与P4之间、P3与0’

(2)入射角a应适当大一些，以减小测量角度的误差。但入射角不宜太大，也不宜太小。

(3)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面。更不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。

(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。

5．数据处理及误差分析

此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代人中求玻璃的折射率。除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：

处理方式(1)：在找到入射光线和折射光线以后，以入射点0为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与00’(或00’的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NNl作垂线，交NN’于C’、D’，用直尺量出CC’和DD’的长。如

由于，

而CO=DO

所以折射率

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：

处理方式(2)：根据折射定律可得

因此有

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sina值为横坐标、以sinβ值为纵坐标，建立直角坐标系。如图所示。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。

故玻璃砖折射率

【典型范例导析】

【例1】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．P1P2与P3P4两条直线平行

B．P1P2与P3P4两条直线不平行

C．他测出的折射率偏大

D．他测出的折射率不受影响

解析：如图所示．在光线由绷’面进入玻璃砖的偏折现象中：由折射定律

在光线由bb’射出玻璃砖的现象中，同理

若aa’与bb’平行，则i=β，因此α=γ。

此时入射光线AO与出射光线O’B平行。

若aa’与bb’不平行，则i≠β，因此α≠γ。此时入射光线AO与出射光线O’B不平行。选项B正确。

在具体测定折射率时，要求实验方法、光路均准确无误，折射率的测量值应不受aa’与bb’是否平行的影响，选项D正确。

答案：B、D

点评(1)入射光线与出射光线是否平行，取决于玻璃砖两界面aa’与bb’是否平行。

(2)利用插针法确定光的入射点和出射点，从而确定入射光线和折射光线。此方法可适合应用平行玻璃砖、棱镜、圆柱形玻璃体等。

【例2】在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：

(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa’和bb’后，不自觉地碰了玻璃砖使它向aa’方向平移了少许，如下左图所示。则他测出的折射率值将_____(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)；

(2)乙同学在画界面时，不自觉地将两界面aa’、bb’间距画得比玻璃砖宽度大些，如下右图所示，则他测得折射率_________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。

解析：(1)如下左图所示，甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角、折射角没有受到影响，因此测得的折射率将不变。

(2)如下右所示，乙同学利用插针法确定人射光线、折射光线后，测得的入