测定物质折射率的几种方法，本文主要内容关键词为：折射率论文,几种方法论文,物质论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
测定玻璃的折射率是一个学生实验，能够使学生学习到一些光学实验的基本方法，高考中也多次以这个实验的内容来命题.下面介绍几种与之相关的测定物质折射率的方法.
一、插针法
1.插针法测两面平行玻璃砖的折射率
这是教材中光学部分的重点实验，其实验原理如图1所示.插针法确定光路后，做出出射光线CD及在玻璃砖中的折射光线
，
，量出入射角i和折射角r，根据折射率定义式n=
.即可求出玻璃的折射率.在实验中，要注意的是应当将入射角i取大些，这时折射角r也较大，这样做的好处是：测量i、r的值的相对误差较小，并且i与r值的差别明显时，最后得到的折射率n误差也较小.入射角不可过大，否则沿大头针A、B射入玻璃中的光能量减少，且色散严重，由玻璃对面看它们的虚象将暗淡、模糊并且变粗，不利于插大头针C、D时瞄准.综合以上的考虑，入射角宜在30°-75°的范围内选取.大头针B、C的位置应靠近玻璃砖，A到B、C到D的距离应尽可能远些，针要尽可能垂直纸面，这样就可以使确定的光路方位准确.最好由两人分别由A、D两端观察校正插针的位置，然后拔出针，画出AB、CD连线，再顺着DC方向看眼前的直线DC与玻璃砖后的直线BA是否成一条直线.
可以用另一种方法求折射率.在A和E上分别截取等长的线段M和P，再做法线
，的垂线MK和PQ，用尺量出MK、PQ的长度，估读到0.5mm即可，则n=MK/PQ.为了减小测量的相对误差，要将M和P取长些，如10cm.
应当让学生讨论以下的问题：
①如果在纸上画出的ab、cd线都比玻璃砖的实际界面偏外，如图2所示，但是做图时仍以画出的ab、cd为界面，这种系统误差将使得到的n值偏大还是偏小？为什么？
②玻璃砖厚些好还是薄些好？为什么？可以取图中的玻璃砖的ad、bc作为界面再测一次.
③如果玻璃砖的界面cd与ab不平行（实际上做不成绝对平行的），是否会造成系统误差？
2.用插针法测定水的折射率
用外卡钳配合米尺测出薄壁大烧杯（或其他圆柱形容器）的外径D，再用圆规在纸上画出直径为D的圆形，如图3所示，向杯中装入约10cm深的水，杯底对准纸上的圆形放好，使两者同心.由于杯壁厚度远小于杯内水柱的直径，因而可以忽略杯壁对光的折射，认为画出圆形标记了水与空气的界面.将针M沿杯外壁竖直插在纸上，眼从对面看M的虚像，调节眼的位置使虚像偏离杯的中部，再插上两针P、Q于眼与杯之间挡住虚像来确定空气中的折射光路.移去杯子，画光路图得到O点及从水到空气的入射角i和折射角r，就可以计算出水的折射率.
能否不用插针法确定光路呢？下面介绍另外几种方法.
二、观察虚像法
1.用观察虚像法测定玻璃的折射率
这是一个简单、巧妙的小实验.将玻璃的等腰直角三棱镜立在水平的纸面上，使一个直角边的侧面接触纸面，如图4.眼从足够远处（1米以外）观察，使视线平行于AB侧面，可以从BC侧面中看到棱A的虚像，此时视线与AC交于D.保持眼的位置不动，在三棱镜侧面的纸上作标记，使它与棱A的虚像看起来在一条直线上，这样就标出了D的位置.再于纸上标出棱A和C的位置，用尺测量出AC的距离a，DC的距离b，就可以由a、b，计算出玻璃的折射率n.
计算依据的原理如下：从A射出的光线在O点折射为OE进入眼中，OE平行于AB，
三、借助全反射现象测定玻璃的折射率
使用半圆柱形玻璃砖，安装在光具盘上，让激光束垂直于圆柱面射入，如图7中AO所示，当入射角i较小时（如30°），在O点同时发生反射和折射，如OB、OC所示.逐渐增大入射角，当达到临界角时，发生全反射.测出临界角的数值，就可以求出玻璃的折射率.做这个实验时要注意安全，不要让激光束射入眼中.
四、用视深法测定玻璃的折射率
实验原理如下：如图8所示，待测物质1中有发光点S，眼从空气2中垂直于界面看到S
实验方法如下：将玻璃砖平放在木板上，贴靠它的一个界面ab竖直插大头针A.透过玻璃砖观察A的虚像A' ，视线要垂直另一个界面cd，如图9所示.手持另一根大头针B（图中未示出）竖立在玻璃砖上面，让眼睛能看到B本身.调节B的位置，并且左右移动眼睛，使看到的B总与虚像A'上下对正在一条直线上，这就叫做B与A' 无视差.这样就借助B确定了虚像A' 的位置.保持B的位置不动，用尺测出B到cd面的距离h' ，叫做A在玻璃内的视深.由于A贴在ab面上，可以认为从它射入cd面的光线是玻璃内ab面出发的，测出玻璃砖的厚度h，就是A在玻璃内的真实深度.自己设计表格做记录，由h、h' 计算折射率n.为了减小误差，取较大的h值再测一次.方法是贴靠ad面插大头针A，从bc面观察，用上述方法测出n值.
用视差测定虚像位置的方法很重要，在许多光学仪器上都有应用.现将它的原理解释如下：如图10所示.
图10
用眼同时观察A的虚像A' 和参照物B本身，当正对着它们（即眼居中）时，如果看起来B与A' 对正成一直线并且都位于视场的中央，如图10中间一列小图所示，这时B与A' 未必真正对正，也可能是一前一后.所以必须接着将眼左移和右移一些再做进一步的观察，若看到如甲图左右所示的B与A' 错开的状况，称为B与A' 有视差，这是由于B比A' 离眼较远造成的，应当将B移近些.若看到如乙图左右所示的有视差的状况，则是由于B比A' 离眼较近造成的，应当将B移远些.经过多次反复调节B的位置，直到出现丙图左右所示的无视差状况为止，此时B才正好对准A' 的位置，两者确实在一条直线上了.
也能用视深法测定水的折射率.可以参照图11设计，在高筒中装水，筒底设置标志
，眼从正上方向下看，在能够上下移动的硬纸上画出的标志线B测定的虚像的位置.
图11
标签：玻璃砖论文;