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第四章 光
4.1.2 光的折射——测定玻璃的折射率
选择性必修 第一册
知识回顾
1、折射定律内容是什么？
2、如何计算介质的折射率？
1．测定玻璃的折射率。
2．学会用插针法来确定光路。
一、【实验目的】
二、【实验器材】
梯形玻璃砖
长方形玻璃砖
大头针
图钉
白纸
直尺、量角器
木板
三、【实验原理】
光以一定角度从空气射入玻璃砖后再射出，它的光路图是怎样的？在草稿纸上画出光路图。
交流讨论
A
B
D
C
i
r
实验中需要测哪些物理量？如何
测量？
交流讨论
-8-
8
三、【实验原理】
如图所示,通过插针法找出跟入射光线对应的出射光线,从而找出折射光线和折射角θ2,再根据n= 求出玻璃的折射率。
四、实验步骤
1. 把白纸铺在塑料板上。
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7.改变入射角,重复实验。
2.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。
3.把长方形玻璃砖放在白纸上,并使其长边与aa'重合,再用刻度尺画出玻璃砖的另一边bb'。
4.在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2。
5.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P3、P4,使P3能挡住P1、P2的像,P4能挡住P3本身及P1、P2的像。
6.移去玻璃砖,在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置,过P3、P4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。∠AON为入射角,∠O'ON'为折射角。
五、注意事项
1.实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O'之间距离要稍大一些。
2.入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。当θ1太大时,反射光较强,出射光较弱;当θ1太小时,入射角、折射角测量的相对误差较大。
3.操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,更不能把玻璃砖界面当作尺子画界线。
4.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5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。
六、误差分析
1.入射光线、出射光线确定的准确性造成误差,故在入射侧和出射侧所插两枚大头针的间距应大一些。
2.入射角和折射角的测量造成误差。入射角应适当大一些,可以减小测量的相对误差。
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七、数据处理
1.计算法
用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的 ,并取平均值。
2.作sin θ1-sin θ2图象
改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2图象,由n= 可知图象应为直线,如图所示,其斜率为玻璃的折射率。
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3.辅助线段法
4.单位圆法
1、测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示.在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“＋”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4.
(1)在插P3和P4时，应使________(选填选项前的字母).
A.P3只挡住P1的像 B.P4只挡住P3
C.P3同时挡住P1、P2的像 D.P4挡住P3及P1、P2的像
(2)按(1)中的做法确定大头针P3和P4的位置，请将光路图补充完整，并在图中
标出需要测量的量，则玻璃砖的折射率可表示为n＝______.(用图中标出的
测量量表示)
CD
典例分析
2、在测定玻璃折射率的实验中:
(1)某同学实验插针的步骤如下
(2)以通过P1、P2的直线与玻璃砖的交点O为圆心,以某一适当长度R为半径画圆,与OA交于A,与OO'的延长线交于C,如图所示,过A、C分别作玻璃砖界面的法线MN的垂线,图中B、D分别为垂足,用刻度尺量得AB=45 mm,CD=30 mm,则玻璃砖的折射率为　　　　。
A.在表示入射光线的AO上插上大头针P1、P2;
B.通过玻璃砖观察P2、P1,调整视线,直到P1的像被P2的像挡住;
C.再观察一侧插上大头针P3、P4,记下P3、P4的位置。
这位同学在操作中有什么重要疏漏
　　　　　　　　　　　　　　
插针时应使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P1、P2、P3的像　
1.5
典例分析
3、在用插针法测定玻璃折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图中①和②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图，则：
甲同学测得的折射率与真实值相比_____(填“偏大”、“偏小”或“不变”).
乙同学测得的折射率与真实值相比_____(填“偏大”、“偏小”或“不变”).
偏 小
不 变
典例分析

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