实验01 测量玻璃的折射率（解析版）---【同步实验课】2023-2024高中物理实验大盘点.docx

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实验01测量玻璃的折射率

【实验目的】

掌握测量玻璃折射率的方法。

【实验设计】

1.实验方案

如图当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。

2.实验原理

用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，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n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。

3.实验器材

玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。

【实验步骤】

1.如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。

2.在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)。过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。

3.把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′。

4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者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及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。

5.移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。

6.连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中。

7.用上述方法求出入射角分别为30°、45°、60°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比值eq\f(sinθ1,sinθ2)，最后求出在几次实验中所测eq\f(sinθ1,sinθ2)的平均值，即为玻璃砖的折射率。

要点1实验原理与操作

【例1】(2023·北京东城高二期末)在“测定玻璃折射率”的实验中操作步骤如下，请在横线上将实验内容补充完整。

(1)先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线；

(2)把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐。在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′；

(3)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向，直到P1的像被P2的像挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和________，记下________和________的位置(用题目中出现的字母表示)；

(4)移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，应通过P3、P4的连线与bb′的交点O′和aa′上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO′，测量出法线NN′与AO之间的夹角作为入射角θ1，测量出法线NN′与________之间的夹角作为折射角θ2，填入表格中。由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)计算玻璃的折射率(用题目中出现的字母表示)。

【答案】(3)P3P3P4(4)OO′

【解析】如图所示在“测定玻璃折射率”的实验中需要保持P1、P2、P3和P4四点视线在一条直线上，即可得P4挡住P1、P2的像和P3，且需要记下P3和P4的位置。

由折射率公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)

需要测量出法线NN′与AO之间的夹角作为入射角θ1，测量出法线NN′与OO′之间的夹角作为折射角θ2。

【例2】(2023·北京人大附中高二期末)如图甲所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′，O为直线MO与aa′的交点，在直线MO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。

(1)该同学接下来要完成的必要步骤有________；

A.插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像

B.插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像

C.插上大头针P4，使P4仅挡住P3

D.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像

(2)图甲是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针P4应在图甲中的位置________(填“A”“B”或“C”)；

(3)请在图甲中画出光从空气入射到玻璃的入射角θ1和折射角θ2，并写出计算玻璃折射率n的表达式n＝________；

(4)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和