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课件网) 第四章 光的折射和全反射 第2节 科学测量:玻璃的折射率 真的是钻石吗? 材料的折射率是光学材料的重要指标。 例如,在制造汽车挡风玻璃时,对折射率和形状都有十分严格的要求; 在钻石鉴定过程中,常常根据折射率的大小来判断钻石的真伪。 根据折射定律可以测量玻璃的折射率。 汽车挡风玻璃 1. 会测量玻璃等材料的折射率。 2. 知道用插针法确定光路图。 3.能正确处理实验数据,知道实验的注意事项,会进行实验的误差分析。 实 验 测量玻璃的折射率 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。 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θ1和折射角θ2,根据折射定律 ,计算出玻璃的折射率。 1. 实验原理 2. 实验器材 3. 实验步骤 (1)铺纸(将白纸用图钉固定在木板上); (2)在白纸上画一条线 a 作为界面,过 a 上的一点 O(作为入射点)画法线 NN ′ ,并画 AO 作为入射光线; (3)把玻璃砖放在白纸上,使它的一边与 a 对齐(确保 O 为实际入射点),确定玻璃砖的另一界面 a′(确保出射点准确); (4)在直线 AO上竖直插大头针 P1、P2,透过玻璃砖观察大头针 P1、P2 的像,调整视线让 P2 挡住 P1 的像。再在另一侧竖直插上两枚大头针 P3、P4 ,使 P3 挡住 P1、P2 的像,P4挡住 P3、P2、P1 的像,记下 P3、P4 位置; (5)移去大头针和玻璃砖,过 P3、P4 所在处作直线 DC 与 a′交于O ′(作为实际出射点),直线 O ′D 代表沿 AO 方向的入射光通过玻璃砖后的传播方向; (6)连接 OO ′,入射角 1=∠AON ,折射角 2= ∠N ′OO ′,用量角器量出入射角和折射角,求出对应的正弦值,记录在表格中; (7)用上述方法求出入射角分别为300、450、600时的折射角,查出它们的正弦值,填入表格中; (8)算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比值,最后求出几次实验的平均值为折射率。 以sin θ1值为横坐标、以sin θ2值为纵坐标,建立直角坐标系,如图所示。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 k,则,故玻璃砖折射率 。 (2)图象法 4. 数据处理 (1)平均值法 算出不同入射角时的比值 ,最后求出在几次实验中所测的的平均值,即为玻璃砖的折射率。 在找到入射光线和折射光线以后,以入射点O为圆心,以任意长为半径画圆,分别与 AO交于C点、OO ′(或OO ′的延长线)交于D点,过C、D两点分别向 NN ′作垂线,交 NN ′于C ′、D ′,用直尺量出CC ′和DD ′的长,如图 所示。由于 , ,且CO=DO,所以折射率。 (3)作图法 (1)实验时,尽可能将大头针竖直插在纸上,且 P1和 P2之间,P2与 O点之间, P3与 P4之间,P3与 O′点之间距离要稍大一些。 (2)入射角 θ1应适当大一些,以减小测量角度的误差,但入射角不宜太大,也不宜太小。 (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。 5. 注意事项 (1)入射光线和出射光线确定得不够精确,因此要求插大头针时,两大头针间距应适当大一些。 (2)入射角和折射角的测量造成误差,故入射角应适当大些,以减小测量的相对误差。 6. 误差分析 1.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,其实验光路图如图所示,对实验中的一些具体问题,下列说法正确的是( ) A.若P1、P2 的距离较大时,通过玻璃砖会看不到P1、P2 的像 B.实验中为方便操作可用玻璃砖代替尺子画线。 C.为了减小作图误差,P3 和 P4的距离应适当大一些 D.为减小测量误差, P1、P2 连线与 ... ...