当发网首页 当发物理教育 力学 电磁学 热学 光学 原子核 实验 典型题解   

    1. 实验目的

  (1) 通过实验,掌握光线以一定入射角穿过平行玻璃板的光路规律.

  (2) 学会对光线在空气中的入射角,在玻璃中的折射角的确定和量度,并根据折射定律计算出玻璃的折射率.

  2. 实验原理: 当光线以一定的入射角穿过一块两面平行的玻璃砖时,传播方向不变,但是出射方向与入射方向相比有一定的侧移,由图3-178可知,只要能找出跟入射光线AO相对应的出射光线OB,就能画出折射光线OO′,量出入射角α和折射角γ,根据折射定律n=就可以算出玻璃的折射率了.

                  

  3. 实验器材:木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔

  4. 实验步骤

  (1) 把白纸用图钉钉在木板上.

  (2) 沿玻璃砖的一个面画一条直线aa′作为界面(如图3-178所示)过aa′上一点O作垂直于aa′的直线NN′作为法线,过O点画一条入射光线AO,使入射角i适当大些.

  (3) 在AO线上竖直地插两枚大头针P1P2,在白纸上放上被测玻璃砖,使玻璃砖的一个面与aa′重合.

  (4) 沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb′.

  (5) 在玻璃砖的bb′一侧白纸上竖直地立一枚大头针,用眼睛观察调整视线,同时移动大头针P3的位置,使P3恰好能同时挡住玻璃砖aa′一侧所插的大头针P1P2的像,把此时大头针P3的位置固定,插好.

  (6) 同样地,在玻璃砖bb′一侧再竖直地插一枚大头针P4,使P4能挡住P3本身,同时也挡住P1P2的像.

  (7) 记下P3P4的位置,移去玻璃砖,拔去大头针,过P3P4连一条直线
BO
′交bb′于O′点,连接OO′,OO′就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线,折射角为γ.

  (8) 用量角器量出入射角i和折射角γ的大小.

  (9) 改变入射角i,重复上面的步骤再做三、四次,量出相应的入射角和折射角.
  (10) 算出不同入射角时的值,求出几次实验中的平均值就是玻璃的折射率.

   5. 注意事项

  (1) 插针P1P2P3P4的间距要适当地大些,不要靠的太近,选择玻璃砖时其宽度宜大些,这样可减小确定光路方向时出现的误差,提高测量的准确度.

  (2) 入射角不能太小(接近零度),也不能太大(接近90°),因为入射角太小时,折射角就更小,测量的相对误差增大,而入射角太大时,导致反射光太强,折射光太弱,不易观察,很难确定P3P4的位置.

  (3) 如果插针P1P2的连线过分射向玻璃砖右侧,且入射角又大于某一数值,会出现隔着玻璃砖沿P2P1方向观察不到P1P2两插针的情况,此时的光路图如图3-179甲所示,遇到这种情况,可将玻璃砖沿aa′界面向右平移.

  (4) 实验中一旦玻璃砖宽度所定的界面线aa′和bb′画好后,放置的玻璃砖就不要随意移动,如果稍微上下平移玻璃砖对测量结果没有影响,其光路图如图3-179乙所示,但若玻璃砖稍微倾斜移动,测得的折射率肯定发生变化.

                    

    难点突破:

    1. 数据处理

  把P3P4按操作要求插好后,移动玻璃砖,拔去大头针,过P1P2画直线表示入射光线,与玻璃砖边界aa′交点O即为入射点; 过P3P4画直线即点对应的出射光线OB与玻璃砖边界bb′的交点O′即为出射点,连接OO′,OO′是折射光线,用量角器量出入射角i和折射角γ,查表求sini、sinγ.
  (1) 平均值法求所测定玻璃的折射率: 根据测量数据求出各组n= ,再算求这n组的平均值即为玻璃的折射率.

  (2) 图像法求折射率: 用sini表示纵坐标,用sinγ表示横坐标,把各组对应的数据描到坐标纸上,根据所描的点用过原点的直线使所描点尽量落在所画的直线上,或均匀后分布于直线的两侧,该直线的斜率即表示所测定的玻璃的折射率.

  2. 实验研究

  (1) 如果不用量角器而使用直尺和圆规,也能求出玻璃的折射率. 如图3-180所示,以入射点O为圆心以折射光OO′为半径画圆,延长入射光线交圆于C
点,然后过O′和C分别作aa′的垂线,得交点AB,用直尺测OAOB的长度,则玻璃砖的折射率n===

     

  (2) 如果没有两面平行的玻璃砖,使用三棱镜、半圆形玻璃砖等,也能测出这些形状玻璃的折射率. 仍然采用插针法,以三棱镜为例,可以按如图3-181所示确定入射光线AO,出射光线OB,则OO′为折射光线用量角器量出i
γ,即可求出折射率n=.

    例题3-44 用三棱镜做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插上两枚大头针P1P2,然后在棱镜的另一侧观祭,调整视线使P1的像被P2挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3
P
4,使P3挡住P1P2的像,P4挡住P3P1P2的像,在纸上标出大头针位置和三棱镜轮廓,如图3-182所示.

    (1) 在本题的图中画出所需的光路.

    (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n=_____.

                     


    例题3-45 某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时,先在白纸上作一与圆形玻璃同半径的圆,圆心为O,将圆形玻璃平放在白纸上,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P1P2,在另一侧再先后插两枚大头针P3P4,使从另一侧隔着玻璃观察时,大头针P4P3P2P1的像恰好在一条直线上,移去玻璃和大头针后得到图3-184,在图中画出:

     (1)沿P1P2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i和折射角γ.

     (4)写出计算玻璃折射率的公式(不必计算).

                   


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