光学实验
一、测定玻璃砖的折射率
【实验目的】：测定玻璃的折射率。
【实验原理】：用插针法确定光路，找出和入射线相
应的折射线；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=sin i 。 sin r
【实验器材】：玻璃砖、白纸三张、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把白纸用图钉钉在木板上。
②在白纸上画一条直线aa' 作为界面，画一条线段AO 作为入射光线，并过O 点画出界面aa' 的法线NN' ，如图所示。
③把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa' 对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb' 。
④在AO 线段上竖直地插上两枚大头针P 1和P 2。
⑤在玻璃砖的bb' 一侧竖直地插上大头针P 3，用眼睛观察调整视线，要使P 3能同时挡住P 1和P 2的像。
⑥同样地在玻璃砖的bb' 一侧再竖直地插上大头针P 4，使P 4能挡住P 3本身和P 1与P 2的像。
⑦记下P 3和P 4的位置，移去玻璃砖和大头针，过P 3和P 4引直线O'B 与bb'
交
于O' 点，连接O 与O' ，OO' 就是玻璃砖内的折射光线的方向，入射角i=∠AON ，折射角r=∠O'ON' 。
⑧用量角器量出入射角i 和折射角r 的度数。
⑨从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记入自己设计的表格里。 ⑩用上面的方法分别求出入射角是30°，45°，60°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据记在表格里。
【数据处理】 算出不同入射角时
【注意事项】：
1．玻璃砖应选用厚度、宽度较大的．2．大头针要插得竖直，且间隔要大些．3．入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间．4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线．5．实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变．
【误差及分析】：
①入射光线、出射光线确定的准确性，要求入射侧、出射侧所插两枚大头针间距宜大点。
②测量入射角与折射角时的相对误差，故入射角不宜过小。入射角也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱。
例1．在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画sin i sin i 的值，求出几次实验中所测的平均值 sin r sin r
出的界面
aa ′、bb ′与玻璃砖位置的关系分别如图实－1－8①、②和③所示，其中甲、丙两 同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均
以aa ′、bb ′为界面画光路图．
图实－1－8
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”) ．
(2)乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”) ．
(3)丙同学测得的折射率与真实值相比________．
解析：用图①测定折射率时，玻璃中折射光线偏折大了，所以折射角增大，折射率
减小；用图②测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关；用图③测折射率时，
无法确定折射光线偏折的大小，所以测得的折射率可大、可小、可不变． 答案：(1)偏小 (2)不变 (3)可能偏大、可能偏小、可能不变
例2．在用插针法测定玻璃的折射率的实验中，某同学操作步骤如下： ①用图钉将记录光路的白纸固定在平板上；
②手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上；
③用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa ′和bb ′；
④在aa ′上选择一点O ，作为不同入射角的入射光线的共同入射点，画出入射角θ1
分别为0°、30°、45°的入射光线；
⑤用“插针法”分别得到各条入射光线的出射光线，观察时着重看大头针针帽是否 在一条直线上，取下玻璃砖、大头针，连接各针孔，发现所画折射光线中有两条相
交，量出各个折射角θ2；
sin θ1⑥按公式分别计算，取三个值的算术平均值． sin θ2
(1)以上步骤中有错误或不妥之处的是________；
(2)应改正为
_____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
解析：(1)有错误或不妥之处的是③④⑤.
(2)③中应先画出一条直线，把玻璃砖的一边与其重合，再使直尺与玻璃砖的界面对
齐，移开玻璃砖后再画边界线；④中入射角要取0°以外的三组数据；⑤中大头针要
竖直插牢，观察时看针脚是否在同一条直线上．
答案：见解析
例3. 一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是
镀银
的(光线不能通过此表面) ．现要测定此玻璃的折射率．给
定的器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P 1、P 2、P 3、P 4) 、
带有刻度的直角三角板、量角器．
实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的
表面与纸面垂直．在纸上画出直线aa ′和bb ′，aa ′表示镀银的玻璃表面，bb ′表 示另一表面，如图实－1－9所示．然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P 1、P 2(位置
如图) ．用P 1、P 2的连线表示入射光线．
(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P 3、P 4?
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(试在图实－1－9中标出P 3、P 4的位置)
(2)然后移去玻璃砖与大头针．试在图实－1－9中通过作图的方法标出光线从空气到
玻璃中的入射角θ1与折射角θ2. 简要写出作图步骤．
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(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式为n ＝________.
解析：(1)在bb ′一侧观察P 1、P 2(经bb ′折射、aa ′反射，再经bb ′折射后) 的像， 在适当的位置插上P 3，使得P 3与P 1、P 2的像在一条直线上，即让P 3挡住P 1、P 2的
像；再插上P 4，让它挡住P 2及P 1的像和P 3. P 3、P 4的位置如图所示．
(2)①过P 1、P 2作直线与bb ′交于O ；
②过P 3、P 4作直线与bb ′交于O ′；
③利用刻度尺找到OO ′的中点M ；
④过O 点作bb ′的垂线CD ，过M 点作bb ′的垂线与aa ′相交于N ，如图所示， 连接ON ；
⑤∠P 1OD ＝θ1，∠CON ＝θ2.
sin θ1(3)由折射率的定义可得n ＝sin θ2
sin θ1答案：(1)(2)见解析 (3) sin θ2
二、用双缝干涉测光的波长
(一) 目的
了解光波产生稳定的干涉现象的条件；观察双缝干涉图样；测定单色光的波长。
(二) 原理 L d 据双缝干涉条纹间距∆x =λ得，波长λ=⋅∆x 。已知双缝间距d ，再测出d L 双缝到屏的距离L 和条纹间距Δx ，就可以求得光波的波长。
(三) 器材
实验装置采用双缝干涉仪，它由各部分光学元件在光具座上组成，如图实18-1所示，各部分元件包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏。
光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏
图实18-1
(四) 步骤
1. 将光源和遮光筒安装在光具座上, 调整光源的位置, 使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏.
2. 放置单缝和双缝, 使缝相互平行, 调整各部件的间距, 观察白光的双缝干涉图样.
3. 在光源和单缝间放置滤光片, 使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样.
4. 用米尺测出双缝到光屏的距离L, 用测量头测出相邻的两条亮(或暗) 条纹间的距离Δx.
d 5. 利用表达式λ=⋅∆x , 求单色光的波长. L
6. 换用不同颜色的滤光片, 观察干涉图样的异同, 并求出相应的波长.
(五) 注意事项
1. 放置单缝和双缝时, 必须使缝平行, 并且双缝和单缝间的距离约为5~10cm.
2. 要保证光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和光屏的中心在同一条轴线上。
3. 测量头的中心刻线要对应着亮(或暗) 条纹的中心.
4. 为减小实验误差, 先测出n 条亮(或暗) 条纹中心间的距离a, 则相邻两条亮(或暗) 条纹间的距离∆x =
a . n -1