高中物理测定介质折射率的几种方法 人教版

高中物理测定介质折射率的几种方法 人教版 高中物理测定介质折射率的几种方法 湖北省襄樊市第四中学 任建新 吴金红 441021 (此文发表于《物理实验》2005年2月期) 折射率是表征介质光学性质的重要物理量，折射率的测定是几何光学中的重要问题，除了教材上介绍的用插针法测定玻璃砖的折射率外，应用折射定律和全反射的知识，还可以设计一些其他的方法来测定某些介质的折射率。 1(利用折射定律测定液体的折射率 所需器材:(1)一根标有刻度的毫米刻度尺，(2)装满待 测透明液体的圆柱形玻璃杯。方法如下: (1)将直尺AB紧挨着杯壁竖直插入杯中，如图1所示， 在刻度尺的对面观察液面，能同时看到刻度尺在液体中的部分 和露出液面的部分; (2)调整视线，直到眼睛从杯子的边缘D往下看时，刻度 尺上端某刻度A经液面反射后形成的像与看到的刻度尺在液体 中的某刻度B重合; 图1 (3)读出O、A、B、C四处所对应的刻度值; (4)量出玻璃杯的直径d; ddddsin，1,,sin，2,,(5)根据几何关系可知:， 2222CDBDd，OCd，OB 22sin，1d，OBn,, 22sin，2d，OC 2(应用全反射测定液体的折射率: 用一个圆形软木塞，在其中心处竖直地倒插一枚大头针，使其漂浮在待测液体中，如图2所示，调整大头针的插入深度，使观察者在液体的上方任一位置恰好都看不到大头针的顶部S，此时，从S发出的光线，在木塞边缘的液体处恰好发生了全反射。此时的入射角?1即为该液体发生全反射的临界角。测出木塞的半径r和大头针顶部的深度h，则有， r1sin1，,,， 22nrh， 22rh，n,故液体的折射率: 图2 r 3(用插针法测定半圆形玻璃砖的折射率: 用插针法测定半圆形玻璃砖的折射率，与用插针法测定方形玻璃 砖的折射率的方法基本相同。如图3甲所示，将半圆形玻璃砖放在白 纸上，记下直径的位置MN，MN即为界面。竖直插下大头针P和P，12 使P和P的延长线玻璃的圆心O。在玻璃的另一侧竖直插下大头针P123 和P，使P挡住通过玻璃砖观察到的P和P的像，使P挡住 P的像。图3 432143 M'N'移去玻璃砖，连接P、P及P、P，用量角器测出它们与法线的甲 1234 sinr夹角i和，由折射定律可知，该玻璃砖的折射率: n,rsini 若实验器材中未给出量角器的情况下，可以用单位圆作图来 计算折射率。方法如下:以入射点O为圆心，以单位长度为半径 画一个圆，如图3乙所示，该圆与入射光线AO和折射光线OB分 M'N'别交于P和Q点。分别过P点和Q点作法线的垂线和PP' QQ'，则: n,QQ'图3 PP' 乙 4(利用全反射测定半圆形玻璃砖的折射率: 将半圆形玻璃砖放在白纸上，记下直径的位置MN，MN即为界面。竖直插下大头针P和1P，使P和P的延长线玻璃的圆心O。以O为轴缓慢转动玻璃砖，使观察者在另一侧的任何212 位置都不能同时观察到P和P的像，此时过P和P的光线AO在界2121 AOM'面MN上发生了全反射，此时的入射角即为全反射的临界角 C，如图4所示。固定玻璃砖，在玻璃砖的同侧的另一方向竖直插下大头针P和P，使P挡住通过玻璃砖观察到的P和P的像，使P343214挡住 P的像。过大头针P和P的光线BO，即为AO的反射光线。测334 出?AOB，?AOB为临界角的两倍，则玻璃砖的折射率:图4 1，AOBn,,1sin 2sinC 5(利用小角度近似测定透明液体的折射率 将光线从空气射入装有透明液体的水槽中，如图5所示， 光线从A点进入透明液体中，然后折射到达水槽底部角落 的C点。然后将液体排干，光线将沿直线射到水槽的边缘的B ddhh'tani,tanr,点。测出和，则:， h'h tanih, ? tanrh'图5 tani,sinitanr,sinr 调整入射光线使i和r都非常小，当i和r都非常小时，有:， sinitanihn,,, ? 由折射定律: sinrtanrh' 参考文献: 倪一宁 利用小角度近似测定水的折射率 《中学物理教学参考》2003年第10期 第一作者:任建新 性别:男 出生年月:1973年1月出生 籍贯:湖北省谷城县 职称:中学一级 学位:理学学士 研究方向:中学物理教育 联系电话: 宅电:0710,3535973