2011届高考物理二轮复习光学实验.doc

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实验18《测定玻璃的折射率》
一、基本测量工具及其使用
本实验测量工具只用到量角器或毫米刻度尺，读数时注意视线垂直于刻度线。
测量数据的有效数字。
①量角器的最小分度值（即精度）为1°，按毫米刻度尺的估读方法，测量角度误差最大值为±0.5°，其正弦函数值的误差在±0.01左右，显然可以，如果无估读数，需要在有效数字的末位补“0”表示最小分度值，说明实验测量的准确度。
②用毫米刻度尺测量是另一种处理数据的方法来验证折射定律和计算折射率，可以估读到0.01~0.9mm，若无估读数，应在有效数字末位补“0”表示最小分度值，一般可得到2~3位有效数字。
二、实验条例与点拨
实验目的
测定玻璃的折射率
实验原理
用插针法确定逃跑，找出跟入射线相应的折射线；用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率。
实验器材
①平木板②白纸③玻璃砖④大头针4枚⑤图钉4个⑥量角器（或三角板或直尺）⑦铅笔
〖点拨〗玻璃砖要选用宽度较大的，宜在5厘米以上，若宽度过小，则测量折射角度值的相对误差增大。
实验步骤：
（1）如图所示，在用4个图钉钉好的白纸上画一条直线AA′作为界面。
（2）过AA′上的一点O画出界面的法线MN。
（3）过O点画一条射线AO作入射光线。
〖点拨〗入射角i应在15°~75°范围内取值，若入射角i过大。则由大头针P1、P2射入玻璃中的光线量减少，即反射光增强，折射光减弱，且色散较严重，由玻璃砖对面看大头针的虚像将暗淡，模糊并且变粗，不利于瞄准插大头针P3、P4。
若入射角i过小，折射角将更小，测量误差更大，因此画入射光线AO时要使入射角i适中。
（4）在射线AO上插上两枚大头针P1、P2。
（5）把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一条长边跟AA′bb′两条线准确地落在玻璃砖的两个平行的折射画里，这样，由作图画出的入射光线AO、出射光线EF与AA′、bb′的交点O、E才能与光线的实际入射点相符，否则将使画出的玻璃中折射光线的光路与实际偏离，因此作图时要用细铅笔。
（6）在观察的这一侧即光线的出射面bb′一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2、P3的像，记下P3、P4的位置。
〖点拨〗上面所说大头针挡住大头针的像是指“沉浸”在玻璃砖里的那一截，不是看超过玻璃砖上方的大头针针头部分，即顺P3、P4的方向看眼前的直线P3、P4和玻璃砖后的直线P1、P2的虚像是否成一直线，若看不出歪斜或侧移光路即可确定。
大头针P2、P3的位置应靠近玻璃砖，而P1和P2、P3和P4应尽可能远些，针要垂直纸面，这样可以使确定的光路准确，减小入射角和折射角的测量误差。
（7）移去玻璃砖连接P3、P4并延长交bb′于E，连接OE即为折射光线，入射角i=∠AOM，折射角γ=∠EON。
（8）改变入射角i，重复实验步骤，列表记录相关测量数据，计算每次折射率n求出平均值。
注意事项：
1．玻璃砖要厚，用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面；
2．入射角应在15°到75°之间；
3．大头针要竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一些，以减少确定光路方向时造成的误差；
4．玻璃砖的折射面要画准；
5．由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应编号，以免混乱。
实验记录：
测量数
次数测角度（方法一）n=sini/sinγ测线段（方法二）n=GD/BCisiniγsinγNGD（mm）BC（mm）n12[3〖点拨1〗测入射角和对应的折射角，有人将入射角i用三角板画出特殊角度30°、45°、60°，因取值范围在15°~75°之间是可以的，但折射角的数值还是需要量角器来测量。
〖点拨2〗实验步骤不变，只有处理数据的方法改变，在左下图中，入射光线AO和折射光线OE的延长线上截取等长的线段GO和OC，为了减小误差，这线段应尽量大于10厘米，过G、G分别作法线MN的垂线GD和BC，用毫米刻度尺量出GD和BC的长度，则折射率n=GD/BC。

〖点拨3〗如上图中图甲所示的OP线是一种理想状态，出现图线①则是因入射角i测量值偏大，折射角的测量值反而偏小；出现图线②则可能是因入射角的测量值偏小或折射角的测量值偏大。
从图象直观看出，光由真空（或空气）射入玻璃（或水）中，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，且正弦值之比是个常数，这个常数对不同介质是不同的。
〖点拨4〗实验对测量结果影响最大的是测量光在玻璃中折射角γ的误差，其误差主要来源是：①玻璃砖的宽度太窄。②入射角i过大或入射角i过小，过大则反射光较强，出射光较弱。③玻璃砖的两个平行的折射面未与两条平行轮廓线完全重合好。或因玻璃砖移动，或因画线太粗。④大头针离玻璃砖偏远，而大头