10.6 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：折射率的測(cè)量

10.6折射率的測(cè)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(guò)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(shí),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(guò)測(cè)量折射率來(lái)辨識(shí)鉆石的真?zhèn)?。那?我們?cè)谖锢韺?shí)驗(yàn)室中如何測(cè)量折射率呢?情景引入實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)會(huì)用插大頭針的方法確定光通過(guò)玻璃磚的傳播路徑。(2)會(huì)測(cè)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(cè)量折射率的話，可以采用什么方案？測(cè)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(cè)量出入射角和折射角,最后利用折射率公式進(jìn)行計(jì)算。？在實(shí)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?yàn)榧す獾墓馐喈?dāng)集中,直接照射時(shí)很難精確判斷光的傳播路徑。此外,激光照射可能會(huì)引發(fā)較強(qiáng)的反射和散射效應(yīng),對(duì)折射現(xiàn)象的觀察和測(cè)量產(chǎn)生一定的干擾。

相比之下,用“插針?lè)ā睖y(cè)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?！安遽?lè)ā笔且环N常用的測(cè)量折射率的方法。如圖10.6.1所示,在實(shí)驗(yàn)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(guò)玻璃磚觀測(cè),移動(dòng)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(guò)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(lái),通過(guò)作圖和測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確性。本節(jié)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟中,玻璃磚固定不動(dòng)。(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(dòng)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(lái)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(lái)的光線。(4)移去玻璃磚,過(guò)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(cè)出折射角α2。(5)按上述步驟改變?nèi)肷涔饩€方向,再測(cè)兩次,并將數(shù)據(jù)記錄在表10.6.1中。(1)為什么插針時(shí)不能讓P