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、偏大型图 1一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、p 4 是用插针法画出的出射光线，交玻璃砖的下表面于o 1，交所画界线bb 于 o2 ， 则 o 1 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o1 o2，则光线o 1o 2 为真实的折射光线，光线oo 2 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.精品资料由折射率的定义：n真 =sin i sin r2n测 =sin i sin r1r1r2sin r1sin r2n测n真即测量结果偏大.图 2图 3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：图 4p3、p 4 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oo 1 和 oo 2，则光线oo 1 为有误差的折射光线，光线 oo 2 为真实的折射光线.图 5r1 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：n真 =sin i sin r2n测 =sin i sin r1r2r1sin r2sin r1n测n真图 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：图 7o2 、o4 为入射光线 p 1 p2 延长线和出射光线 p3 p4 与上下边界的交点， o3 、o1 为出射光线 p 3p4 的反向延长线和入射光线 p 1p 2 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 . o1 o3 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o3 o4，所以四边形o1 o2o4o3为平行四边形 .o1o3 / o2 o4 ，即： r1=r2 .由折射率的定义知：n真 =sin i sin r1n测 =sin i sin r2sin r1sin r2n真 =n测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