10.6 學(xué)生實驗：折射率的測量

10.6折射率的測量折射率是衡量不同介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)。在眼鏡制作過程中,我們必須精確掌握鏡片的折射率,以確保其能準(zhǔn)確矯正視力。

同樣地,在制作望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等光學(xué)儀器時,了解玻璃的折射率至關(guān)重要,折射率可確保光線正確傳播和聚焦。我們甚至可以通過測量折射率來辨識鉆石的真?zhèn)?。那?我們在物理實驗室中如何測量折射率呢?情景引入實驗?zāi)康?1)會用插大頭針的方法確定光通過玻璃磚的傳播路徑。(2)會測量光從空氣斜射入玻璃磚的入射角和折射角,由此得到玻璃的折射率。思考如果要測量折射率的話，可以采用什么方案？測量折射率的方法非常直觀,只需用激光直接照射玻璃磚,然后確定入射光線和折射光線的位置,用量角器測量出入射角和折射角,最后利用折射率公式進(jìn)行計算。？在實際操作中,我們發(fā)現(xiàn)很難確定入射光線和折射光線的精確位置。因為激光的光束相當(dāng)集中,直接照射時很難精確判斷光的傳播路徑。此外,激光照射可能會引發(fā)較強(qiáng)的反射和散射效應(yīng),對折射現(xiàn)象的觀察和測量產(chǎn)生一定的干擾。

相比之下,用“插針法”測量玻璃磚的折射率更容易確定入射光線和折射光線的位置。“插針法”是一種常用的測量折射率的方法。如圖10.6.1所示,在實驗中,首先在玻璃磚的AB面前插上兩枚大頭針P1和P2。隨后,在玻璃磚的CD面的后側(cè)觀察,手持第三枚大頭針P3,透過玻璃磚觀測,移動P3,直到發(fā)現(xiàn)它能恰好擋住前兩枚大頭針。按照同樣的方法,插好第四枚大頭針P4。通過玻璃磚可以看到這四枚大頭針都位于同一直線上。根據(jù)兩點(diǎn)確定一條直線的原理,可以確定P1P2為入射光線,P3P4為出射光線。接下來,通過作圖和測量,可以進(jìn)一步確定入射光線、折射光線、入射角和折射角。這種方法可避免外部其他光源的干擾,易于操作,且能提高測量的準(zhǔn)確性。本節(jié)的實驗器材有:透明玻璃磚、大頭針、木板、白紙、刻度尺、量角器、圖釘、鉛筆等。

原理把白紙固定在實驗圖板上,并將玻璃磚放在白紙上,用筆描下玻璃磚的兩平行界面AB和CD,在隨后的實驗步驟中,玻璃磚固定不動。(2)在玻璃磚AB面的一側(cè),把兩枚大頭針P1、P2豎直插在白紙上,并使P1、P2的連線與AB相交于O點(diǎn),P1P2就作為入射光線。(3)在玻璃磚CD面的一側(cè)移動視線,使眼睛看到的P1、P2的虛像能重合在一起,沿著該視線的方向在CD這一側(cè)再豎直插兩枚大頭針P3和P4,并使這四枚大頭針看起來重合在一起(主要看大頭針接觸白紙的上方一點(diǎn)點(diǎn)的地方),P3P4就作為從玻璃磚折射出來的光線。(4)移去玻璃磚,過P3和P4兩點(diǎn)作一直線交CD于O1點(diǎn),連接OO1,即為玻璃磚中的折射光線,用量角器測出折射角α2。(5)按上述步驟改變?nèi)肷涔饩€方向,再測兩次,并將數(shù)據(jù)記錄在表10.6.1中。(1)為什么插針時不能讓P