利用简易装置测量水的折射率

祝驭航

(南京市第二十九中学高三8班,江苏 南京 210000)

·学生园地·

利用简易装置测量水的折射率

祝驭航

(南京市第二十九中学高三8班,江苏 南京 210000)

笔者用生活器材制作简易装置，应用丁达尔效应显示光路,测量水的折射率，实验效果较好,不仅可以说明物理教材中的原理,而且适用于中学生在家中自己动手实验.

水的折射率;丁达尔效应;简易装置

光的折射、折射率是我们在中学物理中学到的知识,光从一种介质进入另一种介质时,入射角的正弦和折射角的正弦之比是一个常数.也许因为折射现象司空见惯,折射率的计算也比较简单,教材对此没有作进一步讲解,也没有安排相应的实验.在老师的指导下,笔者应用化学课上学到的丁达尔效应，测量了水的折射率.

1 实验原理

图1

在日常生活中完成这个实验的主要困难是难以获得光线的路径,笔者应用化学课中学到的丁达尔效应来克服这一问题,当光通过胶体物质时,胶体粒子对光产生散射,形成光路，这样就可以记录光在空气和水中的路径.

2 实验器材

实验器材：水槽，喷汽熨斗，重垂线，激光笔,数码相机等.

水槽利用酒瓶的透明包装盒制作,这种包装盒的外壁成平面,便于准确观测,笔者将该包装盒倒置，并且在其下面缠上胶带，以防止漏水.在细线下系一小石块，构成重垂线(如图2).

图2

3 光路的显示及法线的确定

显示光路是光学实验必须解决的问题,本实验利用丁达尔效应来显示光路.具体方法如下：在水中滴入几滴墨汁,搅和均匀后,分布在水中的固体颗粒可以反射光线,从而显示出水中的折射光光路.用喷汽熨斗向空气中喷蒸汽,分布在空气中的小水滴也可以反射光线,从而显示出空气中入射光的光路.

入射角及折射角的测量都需要知道法线的位置，笔者采取如下方法：空气和水的界面是水面,自然就是水平面,所以垂直于水面的法线必然是铅垂线.为了便于观察及拍照,笔者在水槽外挂一重垂线，实际的法线与该重垂线平行.

4 水的折射率的测量

用激光笔从空气中向水面照射,用喷汽熨斗的喷嘴向激光笔前喷蒸汽,以便在空气中形成小液滴.由于空气中存在液滴,水中存在固体颗粒,当光线通过时,在空气和水中均产生丁达尔效应,可以在空气及水中看到清晰的光路，用相机拍下入射光、折射光及细线的照片(如图3).

打印出照片后,细线就处在法线的位置,用量角器量出入射角i及折射角γ，得到的数据如下表.

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

5 实验反思

由于笔者使用的量角器只能精确到1°,1°以下的数据都是估读出来的,所以会引起入射角及折射角的测量误差,从而影响折射率的测量精度.

由于此次实验使用的水槽较小,反射光的光强较弱,另外喷汽熨斗喷出蒸汽的区域较小,无法在反射光经过的区域形成足够多的小液滴,在图3中未能见到反射光.如果水槽足够宽,光线足够强,在另一侧再架一个喷汽熨斗向反射光经过的区域喷蒸汽,我们就能看到反射光的折射现象,这样实验将更为完美.