贵州师范大学 物理与电子科学学院 贵州 贵阳 550025
摘 要:测定玻璃的折射率是高中教材的一个实验。利用激光笔对“测定玻璃的折射率”实验进行改进,既有利于实验光路图的展示讲解,又便于实验时对光路的确定。在常规学生实验时,可以用“插针法”测量光的折射率。改进后的实验实用合理,有效地提升了教学效果,减小了实验误差。
关键词:光;玻璃的折射率;实验探究
1、光学基本知识点
插针法:插针法顾名思义就是将针插到某个位置,主要应用于测定玻璃的折射率实验中。
将针插到挡住玻璃折射后光线的位置,通过测量角度确定光的折射率。
2、实验步骤
2.1实验器材
玻璃砖、钢直尺、大头针、量角器或圆规、红外线灯、图钉、白纸。
2.2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ad作为玻璃砖的上界面,画一条线段AO作为入射光线,并过O点画出界面ad的法线NN1。
(3)把长方形的玻璃砖放在白纸上,使他的一个长边与ad跟严格对齐,并画出玻璃砖的另一个长边bc.。
(4)在AO线段上竖直插上两枚大头针P1P2.
(5)在玻璃砖的ad一侧再插上大头针P3,调整眼睛观察的视线,要使P3恰好能挡住P1P2在玻璃中的虚像。
(6)用同样的方法在玻璃砖的bc一侧再插上大头针P4,使P4能同时挡住P3本身和P1P2的虚像。
(7)记下P3、P4的位置,移去玻璃砖和大头针。过P3、P4引直线O1B与bc交于O1点,连接OO1,OO1就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线的方向。入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O1ON1
(8)用量角器量出入射角θ1和折射角θ2。查出入射角和折射角的正弦值,记录在表格里。
(9)改变入射角θ1,重复上述步骤。记录5组数据,求出几次实验中测得的 的平均值,就是玻璃的折射率。
画出光的折射路径如图1-图6并用量角器测量出角度。
图1 图2 图3
图4 图5 图6
2.3实验数据
根据公式n= 计算相应的折射率:将数据填入表1
实验组 | 入射角 | 折射角 | sinθ1 | sinθ2 | 折射率 |
1 | 63 | 30 | 0.89 | 0.5 | 1.78 |
2 | 70 | 38 | 0.9 | 0.61 | 1.48 |
3 | 64 | 36 | 0.89 | 0.59 | 1.51 |
表1
2.4误差分析
本实验对结果影响最大的是测量光在玻璃中的折射角θ的误差.应采取以下措施减小误差[1]:
(1)选用宽度较大的玻璃砖,宜在5cm以上;
(2)入射角应在15°~75°范围内取值;
(3)在纸上画两条线时,尽量准确地与玻璃砖的两个平行的折射面重合。这样,两交点才能与光线的实际入射点较好地相符,否则将使画出的玻璃中折射光路与实际情况严重偏离;
(4)大头针的位置应靠近玻璃砖,最好由两人同时分别由端观察校正插针的位置;
(5)为避免由于测量入射角、折射角所造成的误差,以及由于多次查数学用表所带来的麻烦,我们还可以用取不同的入射角时计算值来证明了折射定律的成立,同时又方便地求出了玻璃的折射率;
3、总结
物理是一门以实验为基础的科学。学生通过物理实验获得丰富的感性认识,加深学生对物理概念、原理和定理的理解。通过物理实验培养学生的观察实验能力、思维能力。进一步使学生初步了解物理学的思想方法、研究方法,培养学生实事求是的科学态度和遵守纪律、爱护仪器的优良品质。通过多次实验测量光在不同形状玻璃中的折射率,得出光在玻璃的折射率大概范围是1.2-1.7。查阅资料后,发现光在玻璃中的折射率大概是1.5,因此本次实验基本能够验证光的折射率。
参考文献:
人民教育出版社,课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书选修3-4[M].北京:人民教育出版社, 2010, 4.
作者简介:
通讯作者:庞礼军(1973-),男,贵州贵阳人,教授,研究方向:原子与分子物理;课程与教学论
作者简介:胡羿茗(1997-),男,湖南长沙人,研究生。