1.测量玻璃的折射率。
2.学习用插针法确定光路。
二、实验器材
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、刻度尺、量角器、铅笔。
三、实验原理与设计
当光从空气射入玻璃时,根据折射定律=n,测出入射角i和折射角γ,就可计算出玻璃的折射率。
如图所示,透过玻璃砖观察大头针P1、P2,调整视线方向,直到P2的像挡住P1的像。再在观察者同一侧依次插入大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像。这样,P1、P2以及P3、P4的连线分别代表入射光和经玻璃砖折射后射出的光,由此便可画出光路图并测出入射角和折射角。
四、实验步骤
1.把白纸固定在木板上,再将玻璃砖放在白纸上。用铅笔描出界面aa′、bb′,利用两枚大头针确定入射光的方向。[如图(a)所示]
2.用两枚大头针在玻璃砖的另一侧确定出射光的方向。[如图(b)所示]
3.取走玻璃砖,根据入射光和出射光的方向确定入射点O和出射点E,连接OE即为玻璃砖内部的折射光。画出过入射点O的法线NN′。[如图(c)所示]
4.根据画出的光路图测量入射角i、折射角γ,填入设计的表格中。计算玻璃的折射率n=。
5.重复以上实验步骤多次,最后求出玻璃折射率的平均值。
五、数据处理
1.计算法:通过测量入射角和折射角,然后查数学用表,得出入射角和折射角的正弦值,再代入n=中求多次不同入射角时n的值,然后取其平均值,即为玻璃砖的折射率。
2.图像法:求出多组对应的入射角与折射角的正弦值,作出sin isin γ图像,由n=可知图像应为直线,如图所示,其斜率为折射率。
3.单位圆法:在不使用量角器的情况下,可以用画单位圆法。
(1)以入射点O为圆心,以一定长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′,如图所示。
(2)由图中关系知sin i=,sin γ=,OE=OE′=R
则n==,只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。
六、注意事项
1.实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些。
2.入射角i应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大。
3.在操作时,手不能触摸玻璃砖的光洁面。更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
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5 cm以上。若宽度太小,则测量误差较大。
七、实验误差
1.入射光线和出射光线画得不够精确。因此,要求插大头针时两大头针间距应稍大。
2.入射角、折射角测量不精确。为减小测量角时的相对误差,入射角要稍大些,但不宜太大,入射角太大时,反射光较强,折射光会相对较弱。