测定玻璃砖折射率误差的分析

测定玻璃砖折射率误差的分析湖北应城一中何飞432400测定玻璃砖折射率是高中物理选修模块几何光学中考查的实验，该实验操作并不复杂，但是学生在实验中不细心，对实验理论掌握不透彻等因素的影响，造成实验误差的现象比比皆是.由于本实验中先要画出与玻璃砖等宽的平行边界线，然后将玻璃砖放入平行界线中间，并且在后面的实验过程中玻璃不能移动，所以玻璃砖的移动是造成本次实验误差的重要因素，学会如何分析这些原因的形成，有利于指导我们的实验.本文从折射率的定义出发，通过详细的作图分析，深入挖掘形成误差的原因并总结规律.一、偏大型一条边界线与玻璃砖上表面对齐，另一条边界线没有对齐玻璃砖的下表面，使得两边界线宽度小于玻璃砖的厚度.作图1分析如下：P3、P4是用插针法画出的出射光线，交玻璃砖的下表面于O1，交所画界线bb'于O2，则O1点为真实的出射光线和玻璃砖的交点，O2为出射光线和所画有误界线的交点。连接O1O2，则光线O1O2为真实的折射光线，光线OO2是实验者认为的折射光线，实则为有误差的折射光线.所以r2为真实的折射角，r1为有误差的折射角.由折射率的定义：2sin=sininr真1sin=sininr测1212sinsinrrrrnn测真即测量结果偏大.图1如图2所示，上边界aa'画得低于玻璃砖的上表面，致使aa'和bb'的间距小于玻璃砖的厚度；如图3所示，上边界aa'画得低于玻璃砖的上表面，同时下边界bb'画得高于玻璃砖的下表面，致使aa'和bb'的间距也小于玻璃砖的厚度。在这两种情况中，测量结果均偏大.二、偏小型一条边界线与玻璃砖上表面对齐，另一条边界线没有对齐玻璃砖的下表面，使得两边界线宽度大于玻璃砖的厚度.作图4分析如下：P3、P4是用插针法画出的出射光线，O1是出射光线和界线bb'的交点，反向延长与玻璃砖下表面的交点为O2，连接OO1和OO2，则光线OO1为有误差的折射光线，光线OO2为真实的折射光线.r1为有误差的折射角，r2为真实的折射角.由折射率的定义可知：2sin=sininr真1sin=sininr测2121sinsinrrrrnn测真图2图3图4图5图6即测量结果偏小.如图5所示，上边界aa'画得高于玻璃砖的上表面，致使aa'和bb'的间距大于玻璃砖的厚度；如图6所示，上边界aa'画得高于玻璃砖的上表面，同时下边界bb'画得低于玻璃砖的下表面，致使aa'和bb'的间距也大于玻璃砖的厚度.在这两种情况中，测量结果均偏小.三、不变型虽然在实验过程中，所作的界线aa'与bb'没有与玻璃砖的上下表面对齐，但界线aa'与bb'之间的距离仍等于玻璃砖的厚度，此时得到的测量结果将与真实值相等，测量结果不变.作图7分析如下：O2、O4为入射光线P1P2延长线和出射光线P3P4与上下边界的交点，O3、O1为出射光线P3P4的反向延长线和入射光线P1P2与玻璃砖上下表面的交点，入射角为i，真实的折射角为r1，有误差的折射角为r2.O1O3为真实的折射光线，O2O4为有误差的折射光线.由于aa'与bb'之间的距离等于玻璃砖的厚度，故：O1O2平行且等于O3O4，所以四边形O1O2O4O3为平行四边形.1324//OOOO，即：r1=r2.由折射率的定义知：1sin=sininr真2sin=sininr测12sinsinrr=nn测真即测量结果与真实值相等.可见，不论在实验过程中边界线如何画，若上下界线上的入射点和出射点间距离小于玻璃砖厚度，测量结果就大于真实值；若上下界线上的入射点和出射点间距离大于玻璃砖厚度，测量结果就小于真实值；若上下界线上的入射点和出射点间距离等于玻璃砖厚度，测量结果就等于真实值。抓住这个规律，分析边界线给玻璃砖折射率测定带来的误差就易于反掌.图7