测定玻璃的折射率201903

实验：测定玻璃的折射率请完成如图所示的光路图平行玻璃砖ri演示：一束激光打在平行玻璃砖上，感受一下，并根据上述图示，说说要测玻璃的折射率，应测哪些量？ririri人的视觉习惯ri人在如图左位置能看到几枚大头针的像，在右位置能看到哪枚大头针的像？ri在右位置方向上，依次插上两枚大头针P3P4，使之挡住大头针P1P2像riririP3P4的连线即为通过入射光线P1P2的出射光线一、实验目的ri测定玻璃的折射率二、实验原理如图，利用平行玻璃砖对光路的侧移，用插针法找出入射光线AO对应的出射光线O′B，量出入射角i和折射角r，根据折射定律n=sini/sinr计算出玻璃的折射率。三、实验器材玻璃砖，木板，白纸，大头针（4枚），图钉，三角板，量角器，圆规，直尺、铅笔AOO′B三、实验器材玻璃砖，木板，白纸，大头针（4枚），图钉，三角板，量角器，圆规，直尺、铅笔１、固定白纸于绘图板．２、画出界面线aa′、法线NN′和入射光线AO3、放好玻璃砖，使长边与aa′重合，画下界面bb′.四、实验步骤NN′aa′OAbb′4、插针法定出射光线：在AO上竖直插上P1、P2，透过玻璃砖看P1、P2的像，调整视线直到P2的像挡住P1的像，再在观察者一侧竖直插P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3本身和P1、P2的像，记下P3、P4的位置。ri5、作图确定出射光O′B、出射点O′、折射光线OO′6、改变入射角i为30°、45°、60°、75°重复做几次7、数据记录与处理方法1（计算法）：测量入射角i和折射角r，查出正弦值并记入表格，计算出对应折射率，最后求出其平均值。次数isinirsinrnn平均值130°0.50020.9°0.3571.401.40245°0.70730.5°0.5081.39360°0.86638.0°0.6161.41方法2（图像法）：用测得的多组入射角i与折射角r作出sini－sinr图象如图所示，其斜率即为玻璃的折射率nsinrsini010.67riOPP′QQ′RQQrsinRPPisinQQPPrinsinsin方法3（单位圆法）：如图所示，以O为圆心，作圆与OA、OO’分别交于P、Q点，过P、Q点分别作法线NN’的垂线，垂足分别为P’、Q’，测量出PP’和QQ’的长度，则玻璃的折射率n=。测出不同入射角时的PP’和QQ’的长度，记录在表中。计算玻璃的折射率，并求平均值。次数iPP’QQ’nn平均值130°245°360°注意事项⑴实验时尽可能将大头针竖直地插在铺有白纸的木板上⑵P1和P2，P2和O之间，P3和P4之间，P3和O′之间的距离要稍大一些⑶入射角不能太大，也不能太小，在30～60°之间为宜(4)在实验时，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变(5)在实验时，玻璃砖应选用厚度较大的，宜在5cm以上(6)在实验时，不能把玻璃砖当尺子来画界面实验与误差分析：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（4）如果画出边界后，实验过程中玻璃砖如图移动，造成折射角的测量值比真实值偏小（或大），折射率的测量值比真实值偏大（或小）2、入射光线（角）折射光线（角）问题（1）如果大头针间距过小，造成入射光线、折射光线不准，造成误差（2）如果入射角过小，造成测量入射角、折射角误差大，造成实验误差（3）玻璃砖的厚度过小，造成折射角测量误差大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。其他测玻璃的折射率的方法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。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。让入射光沿玻璃砖半径方向。⑵全反射临界角的应用光路图如图4所示，将一块半圆形玻璃砖放在水平面上，用一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心O，以O为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过θ角时，观察者在玻璃砖的直径一侧恰好看不到出射光线。θ角即为全反射的临界角，这样就可以求出玻璃的折射率n了。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。1、如图所示，在用玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，如果所用的玻璃砖ABCD的上表面AB和下表面CD不严格平行（AD略大于BC），下列说法中正确的是A．用此玻璃砖做实验，画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行，因此对实验结果产生系统误差B．用此玻璃砖做实验，画出的折射光线c和相应的入射光线a不再平行，但不会因此对实验结果产生影响C．射出光线c相对于入射光线a有顺时针方向的微小偏转D．射出光线c相对于入射光线a有逆时针方向的微小偏转习题：BD2、在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三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①、②和③所示，其中甲、丙两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”)．丙同学测得的折射率与真实值相比__________________．偏小不变不确定解析甲同学测量的光路图如图甲所示，真实值n＝sinisinr，测量值n′＝sinisinr′，因r′r，故nn′，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小；乙同学测量的光路图如图乙所示，测量值n＝sinisinr，与真实值相等．丙同学的测量可能出现三种可能，光路图如图丙所示，当出射点为c时，测量值与真实值相同，当出射点在c左侧时，测量值小于真实值，当出射点在c点右侧时，测量值大于真实值，故丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大，可能偏小，也可能不变．丙答案偏小不变可能偏大，可能偏小，也可能不变3、如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率，在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3.图中MN为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量______，则玻璃砖的折射率可表示为______．(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)．l1和l3l1/l3偏大答案(1)l1和l3l1l3(2)偏大`4、如图所示，画有直角坐标系Oxy的白纸位于水平桌面上．M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标原点，直边与x轴重合，OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，α是直线OA与y轴正方向的夹角，β是直线OP3与y轴负方向的夹角．只要直线OA画得合适，且P3的位置取得正确，测出角α和β，便可求得玻璃的折射率．某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时，在他画出的直线OA上竖直地插上了P1，P2两枚大头针，但在y＜0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，他应采取的措施是_________________．若他已透过玻璃砖看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是______________________________．若他已正确地测得了α、β的值，则玻璃的折射率n＝____________.P4P1P2P3CAB5、某同学在用等腰直角棱镜测定玻璃的折射率时，先在白纸上作一与棱镜等大的三角形，将棱镜平放在白纸上，使其边界与所画的三角形重合在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住，接着在眼睛所在的一侧再先后插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3和P1和P2的像。在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓ABC如图所示。已知光线在三棱镜底面AB发生了全反射。（1）用几何作图法，在图中准确画出棱镜内的光路走向（2）为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是、，在图上标出它们。（3）计算折射率的公式是。6、某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的园，圆心为O，将玻璃圆柱平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合，在玻璃的一侧竖直插两枚大头针P1和P2，在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头P4、P3和P2、P1的像恰好在同一直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，白纸上的结果如图所示，请在图中画出①沿P1、P2连线方向的入射光线通过圆形玻璃后的传播方向；②光线在玻璃内的传播方向；③在光线的入射点作法线，标出入射角α和折射角β；④写出计算玻璃折射率的公式（不必计算）。7、在一次测玻璃的折射率实验中，采用了如下的方法：将一块半圆形玻璃砖放在水平面上，用一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心O，以O为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过角θ时，观察着在玻璃砖平面一侧恰看不到射出光线，这样就知道该玻璃砖的折射率n的大小，那么，上述测定方法主要是利用了的原理，该玻璃的折射率n。