测定玻璃折射率实验的改进（二）

测定玻璃折射率实验的改进（二）

现行高中物理教材第二册介绍测定玻璃折射率的方法如图1所示，在白纸上画出玻璃砖的两边aa＇和A　A′，过aa′上的一点O作界面的法线N　N′，并画出线段AO与N　N′成角i，在线段AO上竖直地插上两枚大头针P_l、P₂，透过玻璃砖观察大头针P_l、P₂的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2挡住，再在观察的这一侧插两枚大头针P₃、P₄，使P₃挡住P_l、P₂，使P₄挡住P_l、P₂、P₃，通过P₃、P₄所在点作直线O′B，与bb′交于O′，O′B代表出射光线的方向，∠O′O N′＝r为折射角，∠AON＝i为入射角，进而计算出玻璃折射率。

图1

这个实验利用插大头针法确定通过玻璃砖的一条光线，由图中人眼所在位置透过玻璃砖看去，如果看到P_l、P₂、P₃、P₄在同一条直线上时，则可以认为A　OA′B为一条通过玻璃砖的光线。但是，用这种方法进行实验，有很多学生难于理解，为什么P₃、P₄所连的直线就是出射光线的方向？包头师专附中王云川老师认为将此实验做一些改进会更直观些，便于学生理解。

如图2所示，在线段AO上竖直插两枚大头针P₁、P₂，用一束较强的平行光线（如手电筒或太阳光，用太阳光做此实验时使装置入射光一侧与水平方向成一定角度效果会更明显）在同一侧照射P₃、P₄，并在aa′处竖直放置一块硬纸片或毛玻璃作的光屏，调整入射光线的方向或装置的方位，使P₁、P₂的影重合，然后移去光屏，在玻璃砖上面和另一侧观察就可发现。在白纸上的亮区域中有一条很细、很清晰的黑影，在这条细影上描两点C、D（或把光屏移到玻璃砖的另一侧观察，同样可以发现，在光屏的亮区域中有一条很明显的黑影，使光屏取不同的位置，分别描出黑影的下端C和D）。对这两点作线段O′B与bb＇交于O′，显然O′B便是折射光线的出射光线。移去大头针和玻璃砖，连接OO′为折射光线方向，可测出折射角r＝∠O′O　N′及入射角i＝∠AON，进而算出玻璃的折射率。

实验时，如果将白纸的粗糙面向上或用一面磨毛的玻璃砖使其磨毛面向下做此实验效果更佳。

利用这种方法，我经过实验，感觉到很有说明力，学生能够清楚地看到入射光线、折射光线和出射光线，比插大头针法更直观些，容易理解，而且操作简便，也比较精确。

图2

如果没有玻璃砖，也可用三棱镜做此实验，测定时步骤与用玻璃砖相同，从上边观察，可看出折射光线和出射光线的径迹，如果入射光线和折射光线直接从棱镜中射出（如图3所示），按照前面的办法即可求出玻璃的折射率。如果在棱镜中看到的折射光线不是直接射出的，而是在棱镜中经全反射后，再从棱镜中射出（如图4所示），这时用笔描出第一反射点O′（也就是折射光线黑影与棱镜边缘相交处）的位置，移去棱镜，连接入射点O和第一反射点O′，这条线所代表的就是折射光线的方向，进而能算出折射率。

图3

图4

如果条件允许，用氦氖激光器或激光光学演示仪的线性光源直接照射玻璃砖或三棱镜做此实验，效果更好。