光的反射定律验证和折射率测定实验新方法的研究.doc

1、用新的实验方法验证光的反射定律和测定折射率作者： 余旺义指导老师：毛杰健摘要：本文研制了一套新的实验装置，可方便地观察光的反射、折射现象，能用测量长度的方法验证反射定律和测量折射率。关键词：反射，折射，反射定律，折射率中图分类号：O435.1 文献标识码：AValidation on reflection law of light and measure on refractive index with new experimental method(Department of Physics, Shangrao Normal College, Jiangxi, Shangrao, 33400

2、1) Abstract: A set of new experimental instrument is made in this paper. It can be used conveniently to observe reflection and refraction of light. So the reflection law can be validated and refractive index can be measured with the method of measurement of length.Key words: reflect; refract; reflec

3、tion law; refractive index1 引 言光的反射、折射现象的观察和反射定律 验证，是中学物理中的基础实验 1；透明介质折射率的测定是大学物理中的基础实验 23。在大学物理实验中，利用分光计和阿贝折射计测量液体和固体的折射率 14，虽然精度较高，但对 各方面的要求亦高，用的是测量角度的方法。为了培养学生的创新意识和提高学生创新能力，在开放 实验室中，我 们带领学生对 光的反射、折射现象进行了研究，设计制作出一套简易的观察光的反射、折射 现象，用 测量长度的方法 验证反射定律，测定折射率的装置。2 新的实验装置设计与制作原理如图所示，氦氖激光器产生的激光束，经空气进入长方体玻

4、璃容器内，该容器长为 25cm，宽为10cm，高为 20cm;容器中的一面，将一张 2520cm 的直角坐标纸 封于透明塑胶片与玻璃侧壁之间，作为测量高度和宽度的工具。玻璃容器底部放一块平面反射 镜。入射光束 1 经空气以入射角 i 进入待测物，产生反射角为 i的反射光 2 和折射角为 的折射光 3，折射光 3 入射到平面反射镜，产生的反ci射光 4，在界面上产生折射光 5。2.1 反射、折射现象的观察如图,以自来水作为待测液体， 则折射光 3 和反射光 4 在水中清晰可 见，折射和反射 现象很明显。2用三根平直窄金属片，分别弯成 90的“”形，架在长方体玻璃容器的口上，测出光束 1 进入容器

5、的入射点 A 在坐标纸中的位置 A（ ）,光束 2、5 的出射点 C、D 在坐标纸上的位置 C（ ）、D yx yx,( )，E、G、O 点在界面上清晰可见，测出其相应的位置 E（ ）、G ( )、O（ ）。Dyx, yx,激光器 22 2.2 反射定律的验证入射光 1 与反射光 2 在法线上的投影 B 点的纵坐标为 ,横坐标 ；平面反ByACBxE射镜上的入射光 3 与反射光 4 在法线上的投影 F 点的纵坐标 ，横坐标 。如果FEGyFO测量结果能表明：| | | |，则入射角等于反射角 ；| | |，即验证了反BxACBxxOx射定律成立。2.3 折射率的测定设 AC，CDEG ，则（1

6、）212)()sinha由于平面反射镜的厚度很薄，与待 测液体或固体的高度、空气的高度相比很小，故可忽略平面反射镜厚度因折射对实验结果的影响，所以（2）2)(sinhbC根据折射率的定义，并代入（1 ），（2）式，得待测液体或固体的折射率为平面反射镜AF3452Ci1h2OGEiciDB空气h1待测液体或固体图 1 新实验装置示意图3（3）212)()()()sin2212hbabhCba3 实验步骤和结果3.1 实验步骤1）、将待测液体或固体装入长 方体玻璃容器内，从坐 标纸上 读出容器的高度 ，待测液体或固体1h的高度 。如果是液体，要调 整液面与坐标水平刻度一致，待液面静止无波动时，方可

7、测量。2h2）调整光源的高度和入射光的角度，观察光的反射和折射 现象。3）用三根“”形金属片找到光束 1，2，5 在高度为 （即 ）时的位置， 测量出1hAyCD1h对应的 X 方向坐标 ， ，算出 a 的值，记入表 1 中。，AxCD4）从正对坐标纸的侧面观察，并 测量 E，G，O 三点在坐标纸上的位置 E（ ， ）, G（ ， ），xyxyO（ ， ），算出 h2、b 的值， 记入表 1 中。如果 | | |或| | |，则xy xACO验证了反射定律。5）改变光束 1 的入射角，即改 变 a，b 的值，重复上述步 骤 ，结果记入表 1 中。6）改变待测液体或固体的高度 ，重复以上步 骤，

8、 计算出 a、b，结果记入表 1 中。2h3.2 实验结果用波长为 632.8nm 的氦氖激光器作 为光源，在空气中 测量自来水的折射率，结果如表 1。经检验无坏数据，折射率的算术平均 值为 358.1991iinav算术平均值的标准误差为 015.)9(12iinvnavs所以，水的折射率为 02.354.表 1 实验结果： 190.0，入射光波长 632.8n1h4（mm2h）50.2 77.2 98.0（mm） 80.7 88.2 102.4 68.2 83.0 98.7 64.5 82.5 90.6（mm） 21.2 23.0 27.5 34.2 38.5 47.4 50.0 61.1

9、 67.5（折射率） 1.3346 1.3472 1.3018 1.3381 1.4271 1.3658 1.3383 1.3747 1.35664 结论由上可知：本实验装置结构简单，操作 简便，物理 现象明显 ，物理量的测量方便，具有一定的精度，故可用于中学物理实验，亦可作 为大学物理实验，既可作为 演示实验，亦可作为测量实验。参考文献：1 张毓英,等. 光学实验M. 北京: 电子工业出版社,1989.2 姚启钧,等. 光学M. 北京 :高等教育出版社,1993.3 赵凯华,等. 光学M. 北京 :北京大学出版社,1984.4 杨述武,等. 普通物理实验（三、光学部分）M. 北京:高等教育出

10、版社,2000.Validation on reflection law of light and measure on refractive index with new experimental methodYANG Jian-rong YU Wang-yi ZHOU Hong-bing(Department of Physics, Shangrao Normal College, Jiangxi, Shangrao, 334001) Abstract: A set of new experimental instrument is made in this paper. It can be used conveniently to observe reflection and refraction of light. So the reflection law can be validated and refractive index can be measured with the method of measurement of length.Key words: reflect; refract; reflection law; refractive index