利用簡易裝置測量水的折射率

祝馭航

(南京市第二十九中學高三8班,江蘇 南京 210000)

·學生園地·

利用簡易裝置測量水的折射率

祝馭航

(南京市第二十九中學高三8班,江蘇 南京 210000)

筆者用生活器材制作簡易裝置，應用丁達爾效應顯示光路,測量水的折射率，實驗效果較好,不僅可以說明物理教材中的原理,而且適用于中學生在家中自己動手實驗.

水的折射率;丁達爾效應;簡易裝置

光的折射、折射率是我們在中學物理中學到的知識,光從一種介質進入另一種介質時,入射角的正弦和折射角的正弦之比是一個常數.也許因為折射現象司空見慣,折射率的計算也比較簡單,教材對此沒有作進一步講解,也沒有安排相應的實驗.在老師的指導下,筆者應用化學課上學到的丁達爾效應，測量了水的折射率.

1 實驗原理

圖1

在日常生活中完成這個實驗的主要困難是難以獲得光線的路徑,筆者應用化學課中學到的丁達爾效應來克服這一問題,當光通過膠體物質時,膠體粒子對光產生散射,形成光路，這樣就可以記錄光在空氣和水中的路徑.

2 實驗器材

實驗器材：水槽，噴汽熨斗，重垂線，激光筆,數碼相機等.

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,便于準確觀測,筆者將該包裝盒倒置，并且在其下面纏上膠帶，以防止漏水.在細線下系一小石塊，構成重垂線(如圖2).

圖2

3 光路的顯示及法線的確定

顯示光路是光學實驗必須解決的問題,本實驗利用丁達爾效應來顯示光路.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粒可以反射光線,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，實際的法線與該重垂線平行.

4 水的折射率的測量

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,當光線通過時,在空氣和水中均產生丁達爾效應,可以在空氣及水中看到清晰的光路，用相機拍下入射光、折射光及細線的照片(如圖3).

打印出照片后,細線就處在法線的位置,用量角器量出入射角i及折射角γ，得到的數據如下表.

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

5 實驗反思

由于筆者使用的量角器只能精確到1°,1°以下的數據都是估讀出來的,所以會引起入射角及折射角的測量誤差,從而影響折射率的測量精度.

由于此次實驗使用的水槽較小,反射光的光強較弱,另外噴汽熨斗噴出蒸汽的區域較小,無法在反射光經過的區域形成足夠多的小液滴,在圖3中未能見到反射光.如果水槽足夠寬,光線足夠強,在另一側再架一個噴汽熨斗向反射光經過的區域噴蒸汽,我們就能看到反射光的折射現象,這樣實驗將更為完美.