用显微镜测折射率的试验设计王峰南通启秀中学江苏南通.DOC

用显微镜测折射率的实验设计 王峰 （南通市启秀中学 江苏 南通 226006） 现行高中物理实验中的“玻璃的折射率的测量”，是采用“插针法”测定折射率的。但采用这种方法对液体折射率进行测定时，会发现存在一定的困难：首先，“插针法”要求大头针必须竖直插在木板上，这对学生的耐心是一个挑战，学生往往为了使大头针竖直、前后在一条视线上，而花费大量时间。其次，“插针法”对液体的折射率测定有很大困难，液体自身不能独立成形，无法像玻璃等固体一样摆放，用容器盛装液体进行“插针法”测量，容器壁对光线的折射影响容易造成测量数据的误差。如何能更快更准确地测定液体的折射率，笔者对这一问题思考了很长时间。 在习题中有例题通过液体下部发光体的实际深度H和视深度h的比值来计算出液体的折射率n，但对视深度h的测得，一般没有明确的可行实验操作说明；在一次整理实验仪器中，无意中发现显微镜的目镜旁有一个竖直的形似游标卡尺的测量标尺，在询问实验员标尺的作用后，笔者发现可以借助这种显微镜的镜筒上的游标卡尺测定视深度h；这样，“运用实验室现有仪器进行液体折射率的测定实验探究”的课题，就顺理成章地进入笔者思考范围。经过设计、构思，以及在教学中实践后，发现新的测试法有助于拓展学生的实验思路；在培养学生实验能力方面，取得了良好的效果。现将实验设计思路总结如下。 所需器材：目镜带游标卡尺的显微镜、一个干净的玻璃烧杯，细沙（颗粒尽量小），小儿痱子粉，透明待测液体（如水）。 实验理论：用显微镜从观察到杯底的少量沙子在显微镜中的像开始，依次分别观察沙子实际位置；倒入液体后，从液面上方看到沙子在液体中像的位置；液面位置；其中液面位置可采用少量痱子粉撒在液体表面上，以便定位液面的位置；如图1所示，、、为游标卡尺上对应上述三者的示意位置。 再如图2所示，这样就可以得到沙子的实际深度和沙子的像的视深度。 推理如下： ∵及 又∵ 是显微镜观察，角度和都很小 ∴ 有及 ∴ 有 又∵ 和 ∴ 折射率 实验设施方案如下：1、撒极少量细沙于烧杯底部，沙子不要垒起，将烧杯置于显微镜载物台上，调节目镜，直到能清晰的观察到沙子，在游标卡尺上读出此时的位置，并记录数据，这个位置即为烧杯底部（实际深度）的位置； 2、调高显微镜目镜，移出烧杯，缓缓向烧杯注入待测液体适量（一般2－5厘米，尽量不扰动沙子的位置），再次调节目镜，直到透过液体能清晰的观察的沙子的像（物镜不能浸入液体中），在游标卡尺上读出此时的位置的数据，这个位置即为沙子的视深度位置处； 3、再次调高显微镜目镜，移出烧杯，拿痱子粉包用手指弹少量痱子粉覆于液面上，再次调节目镜，直到能清晰看到痱子粉为止，在游标卡尺上读出此时的位置，这个位置即为液面的位置。 4、移去烧杯，清除液体、沙子，洗净烧杯，烘干。重复上述步骤三次，记录新数据。 注意：实验操作中，要避免显微镜的的物镜浸入液体中，否则，会造成沙子的实际深度和视深度的数据错误，引起较大的偶然误差，影响实验的准确性。 实验数据记录与处理： 下表是笔者对自来水的折射率的测定数据： X1/cm X2/cm X3/cm 水的实际深度H/cm 水的视深度h/cm 折射率n 15.129 15.553 16.775 1.646 1.222 1.347 15.150 15.549 16.780 1.630 1.231 1.324 15.124 15.559 16.875 1.751 1.316 1.331 15.100 15.792 17.638 2.538 1.846 1.375 其中： 则: 这与人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教材“选修3—4”中52页中标注的水的折射率是的值相接近。 实验设计的收获与反思： 回顾实验的设计、实施的过程，笔者发现：固体的折射率也是可以采用上述方法进行测定的，只需要把烧杯换成一张白纸，把细沙换成钢笔字——确定底部位置以及像的位置，痱子粉换成彩色水笔字迹就完全可以了——确定固体的上表面位置。所以上述实验的方法比起“插针法”应该更具有普遍性。 实验原理简单，易于学生理解；实验操作方便，适合于高中学生的操控能力水平；在进行探究实验的实施过程中，拓展了学生的实验思维，延伸了实验器材的作用和性能，有助于提高学生对实验科学的兴趣；也丰富了高中物理传统实验的方法。 联系方式： 单位： 南通市启秀中学物理学科 王峰 通讯地址：南通市濠景园14幢102室 王峰 Post: 226006 Tele: 0513－855582985(宅) （0 E－mail: ntwangfeng@163.com