上海市第二十一届初中物理竞赛（大同中学杯）决赛（实验）试题
姓名 学校 准考证号 得分
2007年4月
考试时间60分钟
试题一
一束光入射三棱镜的一个光学面，经过折射后从另一个光学面射出，入射光和出射光之间的夹角称为偏向角，用δ表示，见附图，
δ
根据理论推导，可以知道δ存在一个最小值，称为最小偏向角，用δmin表示。三棱镜的两
个光学面之间的夹角称为三棱镜的顶角，用A表示，则棱镜材料的折射率n可以表示为
Sinn?SinA??min2A2min
利用所提供的实验器材，测量三棱镜的顶角A和最小偏向角δ红色激光的折射率。 实验要求：
1、简要地写出实验步骤及计算公式，
2、在试卷相应位置上进行实验操作并画出实验操作示意图，
，并由上式计算棱镜对
3、实验结果要求有3位有效数字，实验误差要求在一定范围内。
可供器材：
1、三棱镜一块。2、红色半导体激光器一个（连电源），3、大头针若干个，泡沫塑料板一块，白纸一张，量角器一把，直尺一把，光屏一个。
警示：实验中不能用眼睛直接对着激光观察，防止激光灼伤眼睛！！！ 一、 测量棱镜顶角A
1） 简要写出实验操作步骤
2） 实验操作示意图
3） 测量三棱镜顶角A
用心 爱心 专心 - 1 -
二、 测量棱镜对红色激光的最小偏向角δmin
1）简要写出实验操作步骤
2）实验操作示意图
3）测量最小偏向角δmin
三、计算棱镜对红色激光的折射率n
用心
参考答案
爱心 专心- 2 -
测量三棱镜顶角A
一、光学方法测量 1、实验步骤
1） 白纸放在泡沫塑料板上，三棱镜置于白纸上，在实验中不能移动三棱镜。
2） 用激光束射向棱镜的一个光学平面，转动激光器，改变激光束入射方向，使入射光
束和光学平面垂直（光束按原路返回），用大头针确定入射光方向。
3） 用激光束射向棱镜的另一个光学平面，重复步骤2），确定另一光学面的法线方向 4） 测量棱镜顶角A。 测量方法1：
直接用量角器测量θ，利用公式A=180°-θ求顶角A，或者直接测量棱镜顶角A。 测量方法2：
用几何方法作出直角三角形，利用公式A?tg?12、实验操作示意图
ab计算顶角A。
改变入射方向 半导体激光器
半导体激光器 改变入射方向
三棱镜 a A b 三棱镜底边
A θ
3、测量计算棱镜顶角A
方法1： θ= ， A?180???
方法2： a= ,， b= 。 A?tg二、针插法测量 1、实验步骤
1）、白纸放在泡沫塑料板上，三棱镜置于白纸上，在实验中不能移动三棱镜。 2）、用大头针确定三棱镜两个光学面的位置。
3）、用铅笔画出两个光学面的夹角并用量角器测量三棱镜顶角A。
2、实验操作示意图
?1ab? 。
用心 爱心 专心 - 3 -
箭头为大头针插入位置
3、用量角器测量三棱镜顶角A。
A= 。
方法二说明：用铅笔直接在纸上画出三棱镜顶角也可以，但不能用量角器直接测量，由于三
棱镜较小，这样测量误差较大，不符合实验规范的要求。 测量最小偏向角
1、实验步骤
1）白纸放在泡沫塑料板上，三棱镜置于白纸上。用半导体激光束射向棱镜的一个光学平面，在另一光学面外利用物屏观察出射光点。
2）固定半导体激光器，使入射光束的方向不变，转动三棱镜，使出射光点向偏向角减少的方向移动，当光点移动到偏向角最小的位置时，用大头针确定入射光束和出射光束的方向。
3）测量棱镜对激光的最小偏向角δ2、实验操作示意图
3、测量计算最小偏向角 测量结果
δ
min
min
。
测量方法和测量顶角一样有两种。这里不再重复。
屏 三棱镜转动方向 δ 半导体激光器 光点移动方向 三棱镜底边 ≈39.5°
三、计算棱镜对λ=6500?的激光的折射率
Sinn?SinA??min2A2? 。
上海市第二十一届初中物理竞赛（大同中学杯）决赛（实验）试题
用心 爱心 专心 - 4 -
试 题 一 评 分 细 则
姓名 准考证号 学校 监考教师 测量三棱镜顶角A 针插 光学方法测量 实验 步骤 实 验 内 容 1.器材放置，不指明“实验中三棱镜不能移动”不给分 2.一个光学面法线方向的确定（光束按原路返回）。 3.另一光学面法线方向的确定（光束按原路返回）。 4.测量棱镜顶角A（两种方法中任意一种） 操作方法不正确扣5分（固定激光器；转动三棱镜，光点1.量角器测量，直接测量顶角A（读数不正确扣1分）； 应 得 分 2 1 1 1 2 15 2 2 2 6 2 4 6 2 6 10 2 30 实得分 实验示意图 实验 操作 向偏向角减小的方法移动。） 2.测量θ，利用公式A=180-θ计算（读数不正确扣1分，测 公式1分） 量 2.测量直角三角形直角边a、b，利用公式A?tg?1a计算，b 6 15 2 （公式1分，读数不正确扣1分） 实验1.器材放置，不指明“实验中三棱镜不能移动”不给分 2.用大头针确定三棱镜顶角边的位置 法步骤 3.用铅笔画出顶角A，用量角器测量 测实验示意图 量 实验操作 操作方法不正确扣5分（大头针间距尽量大） 测量最小偏实测量 读数不正确扣1分 1.器材放置，不指明“实验中不能移动激光器”不给分 1 15 验 2.转动三棱镜，确定达到δmin时三棱镜的方位，用大头针确定最步小偏向角δmin。（不指明“转动三棱镜”不给分） 骤 3.测量棱镜对激光的最小偏向角（两种方法中任意一种） 实验示意图 实验操作方法不正确扣5分（固定激光器；转动三棱镜，光点向偏操作 向角减小的方法移动。） 向 量角器测量，直接测量最小偏向角δmin。（读数不正确扣1分） 角 测 ?1a2.测量直角三角形直角边a、b，利用公式A?tg计算（公式b量 1分，读数不正确一个扣1分，扣完为止） 计算折射率 计算结果正确2分，有效位数正确3分 5 说明：1、三棱镜顶角列出两种方法，如果用量角器直接测量三棱镜的顶角，
由于棱镜较小，测量误差较大，因此不符合实验规范要求，用这种方法测量，总分 只能得5分。
2、根据对实验测量的基本要求，测量角度时，两条角边要符合量角
器的要求，要尽量画得长些，否则扣去5分。
3、要求提示，扣除“实验步骤”部分得分12分。
提示
最小偏向角δmin的测量方法
用心 爱心 专心 - 5 -