测定玻璃砖的折射率

实验目的

用插针法测定玻璃砖的折射率,练习作光路图。

实验原理

光从空气射入玻璃时遵循折射定律:n = sinθ1 / sinθ2,其中 θ1 为空气中光线与法线的夹角,θ2 为玻璃中光线与法线的夹角。多次改变入射角测量,取折射率的平均值,可减小误差。

实验器材

• 平行玻璃砖
• 白纸
• 木板(或泡沫板)
• 大头针 4 枚
• 图钉
• 量角器
• 刻度尺
• 铅笔

实验步骤

1. 把白纸用图钉固定在木板上,放上玻璃砖,沿两个光学面画出界线 aa' 和 bb'
2. 在 aa' 一侧插大头针 P1、P2,并画出入射光线与法线
3. 在 bb' 一侧透过玻璃砖观察,插 P3,使它挡住 P1、P2 的像
4. 再插 P4,使它挡住 P3 以及 P1、P2 的像
5. 取下玻璃砖,连接 P3、P4 并延长,与 bb' 交于一点,再连接入射点与出射点
6. 用量角器量出 θ1、θ2,计算 n,换不同入射角重复几次

实验现象与结论

透过玻璃砖看到 P1、P2 的像与实际位置发生侧移。作图后,入射光线与出射光线平行,但出射光线相对入射光线发生侧移。由 n = sinθ1 / sinθ2 算出的折射率应大于 1,多次测量结果接近。

注意事项

• 不要用手触摸玻璃砖的光学面
• 不能用玻璃砖的边当尺子画线
• 大头针尖锐,使用时防止扎伤
• 入射角不宜过大或过小,大头针间距适当大些

常见问题

插针法中为什么要让后一根针挡住前面针的像?

这样几枚大头针处在同一条光线上,连线就能得到光线通过玻璃砖的真实路径。

入射角为什么不能太大或太小?

角度太小,测量的相对误差大;角度太大,折射光线较弱,像不易看清,也会增大误差。