实验十八测量玻璃的折射率
学习目标1.掌握测量玻璃折射率的原理及方法。2.学会用插针法确定光路,并会测量玻璃的折射率。
原理与器材
实验操作
注意事项
1.实验原理
通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线OB，从而画出折射光线OO，测出折射角θ2，再根据n＝sinθ1sin
2.实验器材
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔等。
1.用图钉把白纸固定在木板上。
2.在白纸上画一条直线aa，并取aa上的一点O为入射点，作过O点的法线MM。
3.画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针。
4.在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa对齐，并画出另一条长边的对齐线bb。
5.眼睛在bb的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1的像被P2的像挡住，然后在眼睛这一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上P4，使P4挡住P3和P1、P2的像。
6.移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线OB及出射点O，连接O、O得线段OO，即折射光线。
7.用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。
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°)。
3.操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，也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5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。
1.计算法:算出不同入射角时的n＝sinθ1
2.作sinθ1－sinθ2图像:由n＝sinθ1sinθ2
甲乙
3.“单位圆”法:
如图乙所示，sinθ1＝EHOE，sinθ2＝EHOE，OE＝OE＝R，
例1(2024·安徽卷,11)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。
(1)为测量玻璃的折射率,按如图甲所示进行实验,以下表述正确的一项是(选填正确答案标号)。?
A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a
B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2把P1挡住,这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、P2都挡住,再插上大头针P4,使它把P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点O2
C.实验时入射角θ1应尽量小一些,以减小实验误差
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系,分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面,保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图,并标记红光和绿光,如图乙所示。此实验初步表明:对于同一种介质,折射率与光的频率有关。频率大,折射率(选填“大”或“小”)。?
(3)为探究折射率与介质材料的关系,用同一束微光分别射入玻璃砖和某透明介质,如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1,测得折射角分别为α2、α3(α2α3),则玻璃和该介质的折射率大小关系为
n玻璃n介质(选填“”或“”)。此实验初步表明:对于一定频率的光,折射率与介质材料有关。?
例2(2024·湖北卷,11)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:
①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA和BB,交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA,并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图(a)所示。
②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。
③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P作BB的垂线MM、PP,M、P是垂足,并用米尺分别测量MM、PP的长度x和y。
⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像,如图(b)所示。
(1)关于该实验,下列说法正确的是(单选,填标号)。?
A.入射角越小,误差越小
B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差
C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显
(2)根据y-x图像,可得玻璃砖的折射率为(保留3位有效数字)。?
(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。?
跟踪训练
(2025·河北承德市开学考)如图甲所示,某同学通过实验测定半径为R的半圆柱形玻璃砖的折射率n,实验步骤如下:
a.把玻璃砖放到白纸上,使其直径与AB边重合,圆心与O点重合
b.取走玻璃砖,画出入射光线和出射光线延长线的交点与圆心O的连线
c.在水平放置的木板上铺一