4.2 实验：测定玻璃的折射率（wrord教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版）

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2　实验：测定玻璃的折射率

一、实验目的

测定玻璃的折射率。

二、实验原理

用插针法确定光路，找出与入射光线相对应的玻璃中的折射光线，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 n＝。

三、实验器材

两对面平行的玻璃砖一块，大头针四枚，白纸一张，直尺一把或三角板一个，

量角器一个。

一、实验步骤

1．先在白纸上画一条直线 EE′，代表两种介质的分界面；再画出一直线段 AB

代表入射光线；然后画出分界面上 B点处的法线 NN′，如图所示。

2．把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与 EE′对齐。用直尺或三角

板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直

线FF′代表玻璃砖的另一边。

3．在直线 AB 上竖直地插上两枚大头针 G1、G2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖

观察大头针 G1、G2的像，调整视线方向，直到 G1的像被 G2挡住。

4．再在观察的这一侧竖直地插上两枚大头针 G3、G4，用 G3挡住 G1和G2的像，

用G4挡住 G3以及 G1、G2的像。

5．移去大头针和玻璃砖，过 G3、G4的插点画直线 CD，与 FF′相交于 C点，

直线 CD 就表示沿直线 AB 入射的光线透过玻璃砖后的光线。连接 BC，BC 就是

玻璃砖内折射光线的路径。

6．用量角器测出入射角 i和折射角 r，从三角函数表中查出它们的正弦值。

7．通过上面的步骤分别测出入射角为 15°、30°、45°、60°、75°时的折射角，

并查出它们相应的正弦值。

二、数据处理及误差分析

此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的

正弦值，再代入 n＝中求玻璃的折射率。除运用此方法之外，还有以下处理数

据的方法。

处理方法一

在找到入射光线和折射光线以后，以入射点 O为圆心，以任意长为半径画圆，

分别与 AO 交于 C点，与 OO′(或OO′的延长线)交于 D点，过 C、D两点分

别向 NN′作垂线，交 NN′于 C′、D′，用直尺量出 CC′和 DD′的长。如

图所示。

由于 sin i＝，sin r＝，而 CO＝DO，所以折射率：n1＝＝。

重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的

测量值。

处理方法二

根据折射定律可得 n＝，因此有 sin r＝sin i。根据所量得的角度的正弦值作出

sin r－sin i图像，如图所示，则图线的斜率的倒数即为折射率。这样也可以减

小误差。

三、注意事项

1．实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，同侧两针之间的距离要稍大些。

2．入射角应适当大些，以减小测量角度的误差，但也不宜太大，入射角太大，

在玻璃砖的另一侧会看不清大头针的像。

3．操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界

线。

4．在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。

5．玻璃砖应选择宽度较大的，一般要求在 5 cm 以上，若宽度太小，则测量误

差较大。

6．入射点应尽量靠近玻璃砖上界面的左侧，使之在玻璃砖的另一侧能够找到对

应的出射光线。

题型一　实验原理及数据处理

[典例 1]　用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状

玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针 P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧

观察，调整视线使 P1的像被 P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针

P3和P4，使 P3挡住 P1和P2的像，P4挡住 P3以及 P1和P2的像，在纸上标出大头

针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图甲所示(O为两圆弧圆心，图中已画出经过

P1、P2点的入射光线)。

(1)在图上补画出所需的光路；

(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的 AB 分界面

上画出这两个角；

(3)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的

正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率 n＝

________。

[解析]　(1)连接 P3、P4与CD 交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位

置，又由于 P1、P2的连线与 AB 的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两点

即可作出玻璃砖中的光线，如图所示。

(2)连接 O点与光线在 AB 上的入射点即为法线，作出入射角和折射角如图中

i、r所示。

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