利用簡(jiǎn)易裝置測(cè)量水的折射率

祝馭航

(南京市第二十九中學(xué)高三8班,江蘇 南京 210000)

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利用簡(jiǎn)易裝置測(cè)量水的折射率

祝馭航

(南京市第二十九中學(xué)高三8班,江蘇 南京 210000)

筆者用生活器材制作簡(jiǎn)易裝置，應(yīng)用丁達(dá)爾效應(yīng)顯示光路,測(cè)量水的折射率，實(shí)驗(yàn)效果較好,不僅可以說(shuō)明物理教材中的原理,而且適用于中學(xué)生在家中自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn).

水的折射率;丁達(dá)爾效應(yīng);簡(jiǎn)易裝置

光的折射、折射率是我們?cè)谥袑W(xué)物理中學(xué)到的知識(shí),光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),入射角的正弦和折射角的正弦之比是一個(gè)常數(shù).也許因?yàn)檎凵洮F(xiàn)象司空見(jiàn)慣,折射率的計(jì)算也比較簡(jiǎn)單,教材對(duì)此沒(méi)有作進(jìn)一步講解,也沒(méi)有安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn).在老師的指導(dǎo)下,筆者應(yīng)用化學(xué)課上學(xué)到的丁達(dá)爾效應(yīng)，測(cè)量了水的折射率.

1 實(shí)驗(yàn)原理

圖1

在日常生活中完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)的主要困難是難以獲得光線的路徑,筆者應(yīng)用化學(xué)課中學(xué)到的丁達(dá)爾效應(yīng)來(lái)克服這一問(wèn)題,當(dāng)光通過(guò)膠體物質(zhì)時(shí),膠體粒子對(duì)光產(chǎn)生散射,形成光路，這樣就可以記錄光在空氣和水中的路徑.

2 實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)器材：水槽，噴汽熨斗，重垂線，激光筆,數(shù)碼相機(jī)等.

水槽利用酒瓶的透明包裝盒制作,這種包裝盒的外壁成平面,便于準(zhǔn)確觀測(cè),筆者將該包裝盒倒置，并且在其下面纏上膠帶，以防止漏水.在細(xì)線下系一小石塊，構(gòu)成重垂線(如圖2).

圖2

3 光路的顯示及法線的確定

顯示光路是光學(xué)實(shí)驗(yàn)必須解決的問(wèn)題,本實(shí)驗(yàn)利用丁達(dá)爾效應(yīng)來(lái)顯示光路.具體方法如下：在水中滴入幾滴墨汁,攪和均勻后,分布在水中的固體顆?？梢苑瓷涔饩€,從而顯示出水中的折射光光路.用噴汽熨斗向空氣中噴蒸汽,分布在空氣中的小水滴也可以反射光線,從而顯示出空氣中入射光的光路.

入射角及折射角的測(cè)量都需要知道法線的位置，筆者采取如下方法：空氣和水的界面是水面,自然就是水平面,所以垂直于水面的法線必然是鉛垂線.為了便于觀察及拍照,筆者在水槽外掛一重垂線，實(shí)際的法線與該重垂線平行.

4 水的折射率的測(cè)量

用激光筆從空氣中向水面照射,用噴汽熨斗的噴嘴向激光筆前噴蒸汽,以便在空氣中形成小液滴.由于空氣中存在液滴,水中存在固體顆粒,當(dāng)光線通過(guò)時(shí),在空氣和水中均產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng),可以在空氣及水中看到清晰的光路，用相機(jī)拍下入射光、折射光及細(xì)線的照片(如圖3).

打印出照片后,細(xì)線就處在法線的位置,用量角器量出入射角i及折射角γ，得到的數(shù)據(jù)如下表.

序號(hào)入射角i折射角γsinisinγ124．8°18．2°1．343245．8°32．2°1．345334．3°24．6°1．354

5 實(shí)驗(yàn)反思

由于筆者使用的量角器只能精確到1°,1°以下的數(shù)據(jù)都是估讀出來(lái)的,所以會(huì)引起入射角及折射角的測(cè)量誤差,從而影響折射率的測(cè)量精度.

由于此次實(shí)驗(yàn)使用的水槽較小,反射光的光強(qiáng)較弱,另外噴汽熨斗噴出蒸汽的區(qū)域較小,無(wú)法在反射光經(jīng)過(guò)的區(qū)域形成足夠多的小液滴,在圖3中未能見(jiàn)到反射光.如果水槽足夠?qū)?光線足夠強(qiáng),在另一側(cè)再架一個(gè)噴汽熨斗向反射光經(jīng)過(guò)的區(qū)域噴蒸汽,我們就能看到反射光的折射現(xiàn)象,這樣實(shí)驗(yàn)將更為完美.