测定玻璃折射率实验的改进（一）

测定玻璃折射率实验的改进（一）

测定玻璃的折射率通常采用传统的实验方法，即所谓“插针法”，如图1所示。

图1

1插针法的弊端

插针法测折射率，是相当粗略的，准确度差，步骤又比较麻烦。

从理论上看，插针观测，存在“曲直两难”的矛盾。何谓“曲直两难”？插针法所依据的是光在同一均匀媒质中直线传播的原理。然而，大头针是有一定粗细的，在距离不大的情况下其粗细不可忽略。正由于光的直线传插，通过大头针P₃去观察P₁和P₂的像，P₄去观察P₃和P₁、P₂的像，如图2所示，就不可避免地带来所谓“一叶障目，不见泰山”的视角障碍。即使P₃挡住了P₁、P₂的像，P₄又挡住了P3和P1、P2的像。由于视角障碍，仍不能保证四个插点就在同一直觉视线上。

图2

图2中的跟两线实际偏差很大，可是，只有要求光线发生“拐弯”才能在观测点E观察得到。当然，光线是不会拐弯的。这就是插针法的“曲直两难”。

插针法在实践上也还是比较麻烦，学生掌握起来有一定困难。要是针插得与纸面垂直不好，或针位稍有偏移（平板较硬，往往难于避免），都直接影响观测的准确；特别是当入射角较大，入射光经玻璃折射后透过光量较少，色散严重，致使P₁、P₂针的虚像模糊、变粗，更进一步增大瞄准的难度。

由于实测结果的误差大，致使入射角正弦值与折射角正弦值之比，多次测算的结果出入较大，常引起学生对折射定律的怀疑，不利于通过实验加深对规律的认识。实验确实有待于改进。

湖南省资兴矿务局一中胡耀炽老师结合以往教学经验，对实验做了如下改进，取名为“规尺法”，实验效果比较理想。

2规尺法实验要领

规尺法测玻璃折射率，除了被测元件玻璃砖之外，只需一块三角尺，一支圆规、一支铅笔和一张白纸（或作业本），取材简单。具体做法如下：

（1）如图3所示，在白纸上画一条直线aa′（入射面），在aa′上取定一点O（入射点），过O作aa′的垂线NN′（法线），再过O作有向线段（模拟入射光线），则∠AON即为入射角i。

图3

（2）把玻璃砖放在纸上，使其一个边的界面与aa′重合，再在玻璃砖另侧放一三角尺，使三角尺的一个角B紧靠玻璃砖界面，透过三角尺的BC边观察入射光线AO。适当调整三角尺的位置，使CB边与AO线的像看来正好为一直线，于是用削尖的铅笔记下角B的位置B。

（3）拿走玻璃砖，作有向线段，则就是的折射线。∠N′OB即折射角r（如图4）。

图4

图5

（4）为了测定玻璃的折射率，先以O为圆心，单位长为半径，用圆规作单位圆交的延线于C，再用三角尺过C作aa′的垂线交于B（如图5），则OB的长度就是被测玻璃的折射率的值。

道理很简单，

又　　r＝1∴n＝OB

（5）如果要减少偶然误差，也可用作图法取平均值，如图6所示。按以上步骤作出不同入射线A_iO和对应的点B4，以O为圆心，“适当长”为半径，使B1、B2……B₄均匀分布在此圆上或附近，则此圆半径的大小，就是折射率的实验平均值，即n＝。

3规尺法的优点

（1）观测时清晰度高，不存在视角障碍，光的色散影响极小。只要铅笔削得尖，观测仔细，可保证足够准确。

（2）所用器材少。减少了大头针、平板、量角尺、三角函数表，在教室里即可完成。

（3）步骤简单，免去了查表和计算。

图6