光学实验台 · 插针法

测量玻璃的折射率

四枚大头针并不会直接告诉你光在玻璃里怎样走。先把看得见的入射线和出射线定下来,再用边界上的两个交点“补出”玻璃内部的折射光路。

先把实验做对

按真实实验顺序选择下一步;顺序错误会说明原因。

插针法测量玻璃折射率实验图 方格纸上绘有玻璃砖两条界面、法线、入射光线、折射光线、出射光线和四枚定位大头针。 白纸已固定 第一界面 法线 入射点 玻璃砖 第二界面 P₁ P₂ P₃ P₄ 观察方向 移开玻璃砖,保留边界线 r i

安全提醒本实验用观察针的像来定光路,不需要直视光源。若用激光作拓展演示,任何时候都不得直视激光束或把光束射向他人眼睛。

让四组数据彼此作证

角度均相对法线测量,空气射入玻璃时 n=sin i/sin r。

组次 入射角 i/° 折射角 r/° sin i sin r n
1———
2———
3———
4———
四组折射率的平均值—
过原点拟合斜率—

多次改变入射角,所得 n 应在同一数值附近波动;不要把角度直接相除。

为什么要取正弦?

折射定律比较的不是两个角本身,而是它们的正弦。空气中的折射率近似取 1,于是玻璃相对空气的折射率为:

n=sin i/sin r

如果某一组数据明显偏离其余各组,先检查针孔、界面和角度读数,再决定是否舍弃,不能为了“好看”随意改数。

误差方向不能靠猜

先判断它改变的是“方向精度”还是“角度的系统偏差”。

判断测得的 n

选一个结果,再用 n=sin i/sin r 检查你的判断。