搜索
返回返回一、实验目的(1)会用“插针法”确定光路。(2)会对实验数据进行处理和误差分析。二、实验原理用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，用量角器测入射角i和折射角r，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝sinisinr。返回三、实验器材长方形玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。四、实验步骤(1)先在白纸上画一条直线EE′，代表两种介质的分界面；再画出一直线段AB作为入射光线，然后画出分界面上B处的法线NN′，如图4－2－1所示。图4－2－1返回(2)把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与EE′对齐，用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动。将玻璃砖取下，画出直线FF′代表玻璃砖的另一边。(3)在直线AB上竖直插上两枚大头针G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针G1、G2的像，调整视线方向，直到G1的像被G2挡住。返回(4)在观察的这一侧竖直地插上两枚大头针G3和G4，用G3挡住G1、G2的像，用G4挡住G3以及G1、G2的像。(5)移去大头针和玻璃砖，过G3、G4的插点画直线CD，与FF′相交于C点，直线CD就表示沿直线AB入射的光线透过玻璃砖后的光线，连接BC，BC就是玻璃砖内的折射光线的路径。(6)用量角器量出入射角i和折射角r，查出入射角和折射角的正弦值。返回(7)通过上面的步骤分别测出入射角是15°、30°、45°、60°、75°时的折射角，并查出相应的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中。入射角i15°30°45°60°75°sini折射角rsinrsinisinr返回五、数据处理(1)计算法：把上述实验数据分别由n＝sinisinr计算出n1、n2、n3…，求出平均值即为玻璃砖折射率的测量值。(2)图像法：因sinr＝1nsini，所以可把上面的数据以sini值为横坐标、以sinr值为纵坐标，建立直角坐标系，如图4－2－2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k＝1n，故玻璃砖折射率n＝1k。图4－2－2返回(3)尺规法：经过入射点画出玻璃界面的法线NN′，以入射点B为圆心，适当长度为半径画圆，入射光线、折射光线与圆周交于A和C，由点A、C向法线作垂线，分别交法线NN′于A′、C′点，如图4－2－3所示。图4－2－3测出垂线的长度AA′和CC′。则玻璃的折射率可表示为n＝AA′CC′。返回六、注意事项(1)玻璃砖的折射面EE′必须画准确，然后再确定法线。(2)操作时不能用手触摸玻璃砖的光洁的光学面，更不能用玻璃砖代替直尺画线，以免划伤玻璃砖表面。(3)实验时，要尽可能地将大头针竖直地插在纸上，且G1和G2之间，G2和B之间，G3和G4之间的距离要稍大一些。要透过玻璃砖看大头针的像，而不是看玻璃砖上面的大头针的头部。返回(4)入射角不宜太大，也不宜太小，但要适当大一些，以减小测量角度的误差。（因为入射角过小,折射角更小,测量误差大;入射角过大,则折射光的能量将减少,像不清楚,给观察大头针的像造成困难）(5)在实验过程中，玻璃砖和白纸的位置不能改变。大头针应垂直地插在白纸上。(6)玻璃砖要选宽度较大的，宜在5cm以上。返回七、误差分析(1)插针过程中针的位置不恰当导致画光路图时出现误差，如两针间的距离过小、两针的连线取向不当致使入射角过大或过小等。(2)画玻璃砖两边线EE′和FF′时出现误差。如两边线间距离比玻璃砖实际宽度偏大或偏小。(3)玻璃砖和白纸的位置移动使入射角和折射角偏大或偏小出现误差。(4)在用量角器测量入射角和折射角读数时出现误差。(5)观察G1、G2的像，确定G3、G4位置时可能出现误差。返回八、它案设计插针法的作用是找出玻璃砖内的光路，其关键是确定入射点和出射点，而入射点和出射点是利用插针后确定的直线与界面直线相交而得到的，故实验的关键是插准大头针，画准玻璃砖边界线，而与所选玻璃砖两边平行与否无关。如用半圆形、圆形或三角形玻璃砖，均可测出其折射率，光路如图4－2－4所示。图4－2－4返回[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4－2－5所示，则()A．AO与O′B两条直线平行B．AO与O′B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返回[解析]有题图可知，在光线由aa′面进入玻璃砖的偏折现象中，由折射定律知：n＝sinαsinβ。在光线由bb′射出玻璃砖的现象中，同理n＝sinrsini。若aa′与bb′平行，则i＝β，因此α＝r，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≠r。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]BD返回[例2]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4－2－6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。图4－2－6返回(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。返回[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P1和P2的像和P3。P3、P4的位置如图所示。返回(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。(3)n＝sinθ1sinθ2[答案]见解析返回实验与误差分析：1.边界问题ri（1）如果边界整体向上平移，测出的折射率不变返回ri（2）如果画出的下边界比实际下边界偏下，造成折射角的测量值比真实值偏大，折射率的测量值比真实值偏小返回ri（3）如果画出的上、下边界比实际边界偏外，造成折射角的测量值比真实值偏大，折射率的测量值比真实值偏小返回（4）某同学在操作和作图时均无失误，但所用的玻璃砖的两个界面明显不平行，这时测出的n值有何影响？（无影响）返回1、用圆柱形玻璃测玻璃的折射率用的是插针法，光路图如图1所示。测玻璃的折射率的方法返回2、用不平行玻璃砖测玻璃的折射率用的也是插针法，光路图如图2所示。返回3、半圆形玻璃砖测玻璃的折射率。⑴插针法，光路图如图3所示。入射光沿玻璃砖半径方向。返回4、用玻璃三棱镜测玻璃的折射率。用插针法，原理图如图5所示。