“用掠入射法测量液体折射率”试题的改编

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1、第33卷第l2期物理实验V01．33No．122013年12月PHYSICSEXPERIMENTATIoNDec．。2013“用掠入射法测量液体折射率’’试题的改编方阳(雅礼中学，湖南长沙410007)摘要：对物理竞赛实验试题“用掠入射法测量液体折射率”进行了改编，改变后的试题，区分度更好，考察力度更大．同时，对如何提高学生的综合实验能力进行了一些探索．关键词：掠入射；折射率；物理竞赛中图分类号：G633．7文献标识码：A文章编号：1005—4642(2013)12-0018-03近期在一次物理竞赛实验培训中，笔者对一若<‰，为

2、辅助三棱镜的折射率，由折道经典设计性实验题[1进行了一些改编，用以考射定律可得：察学生的实验素养，事实证明该题经改编后，区分sini一osinr，(1)度更好，考察力度更大．nosinr一sin．(2)其中i为单色光从蒸馏水入射三棱镜时的入射1原题解析角，再由几何关系：原题题目：用掠入射法测量液体的折射率．r±／一A．(3)仪器用具：分光计、三棱镜(折射率‰和顶角由式(1)～(3)消去r和r，可得：A为已知)、平面反射镜、钠光灯、待测液体(蒸馏sinsinA=gcosAsin．水)、长方形厚玻璃．(4)如图1所示，滴几滴蒸馏水(

3、折射率为)在如图1所示，取一90。，则sini===1，此时出射角厚玻璃面上，再贴在辅助三棱镜的光学面AB上，为极限角，则式(4)变为：使得蒸馏水在两玻璃面间形成均匀的薄膜．一sinA～j—sin。千COSAsin9．(5)由式(5)可知，只要测出极限角，就可以算出蒸馏水折射率7"／．原题评析：1)式(3)中的“±”对应的物理情形如图2所示．“正号”对应情形①，“负号”对应情形②．具体实验中属于哪种情形，要看待测液体和三棱镜的折射率．很多学生在分析制定实验方案的过程中，往往只考虑到情形①，而忽视了情形②．2)实验室给出的三棱镜玻

4、璃的折射率一般都图1掠入射法测量液体的折射率在1．6以上(如一些参考资料上所提供的数据)，扩展单色钠光源发出的光通过厚玻璃，经蒸经过简单的几何关系可以看出，一般都属于图2馏水进入辅助三棱镜．其中有一部分光线通过蒸中的情形①．所以在一些对该实验的考察中，如馏水时，传播方向平行于蒸馏水与棱镜的交界面，果学生没有考虑到图2中的情形②，也不会影响如图l所示．到最终的实验结果．收稿日期：2013—09—04作者简介：方阳(1985一)，男，湖南平江人，雅礼中学二级教师，硕士，从事高中物理教学工作第l2期方阳：“用掠入射法测量液体折射率”试

5、题的改编图2中的情形②，理论指导实践，会导致在预期的角度范围无论怎样调节也找不到明暗分界线，从而导致实验失败．2)在改变的实验条件中，笔者要求学生自测三棱镜玻璃的折射率，学生很自然地会想到用掠入射法测折射率，该实验过程比较简单，而且可以看到明锐的明暗分界线．但同时笔者只提供1块不能完全覆盖三棱镜光学面的薄毛玻璃，当实验进行到测蒸馏水的折射率时，由于使用的钠光源图2三棱镜中光线的折射是扩展立体光源，导致的结果为：原来明锐的明暗分界线仍然存在．令学生感觉非常奇怪的是，分3)该题一般都会给出辅助三棱镜的顶角和其界线不但存在，而且位置一

6、点都没有变!而且在玻璃的折射率，根据式(5)，只要测出极限角度，预期的角度范围再没有另外的明暗分界线，实验就可以算出待测液体的折射率．陷入僵局．2原题改编3)假若学生思维足够严密，理论分析实验方案时考虑到了图2中的情形②，那么实验过程中为了加大对学生实验能力的考察力度，笔者肯定会将分光计的望远镜调到相应的位置去找明对该实验所提供的条件做了一些调整，主要有以暗分界线，但由于笔者提供的是毛玻璃，先经过毛下几个条件的改变：玻璃再经过液体薄层经三棱镜折射的光线所形成1)不直接给出三棱镜玻璃折射率和顶角，要的明暗分界线会很暗，要仔细地观察

7、才不至于错求学生自测．过，同时由于前面有明锐的明暗分界线，两者形成2)所提供的三棱镜玻璃折射率为1．52左右，鲜明的对比，可能会导致学生觉得非常暗的分界确保在该折射率下，具体实验的情形应该属图2线不是实验要寻找的分界线，从而导致实验失败．所示中的情形②．3)原实验所提供的长方形厚毛玻璃改为面积4对改编题的具体实践及反思较小、厚度较薄的毛玻璃，使得所提供的毛玻璃不笔者将此题改编后，让学生进实验室实验，从能完全覆盖光学面AB．如图3所示，ABBA为学生的实验过程来看，该题的区分度较之以往用三棱镜的光学面，abba为实验所提供的毛玻璃

8、．原题进行测试的区分度明显要好．参加实验的9位学生中，只有1位完成得比较理想，另有3位学生在实验过程中看到了要寻找的实验现象，但对实验结果将信将疑，不敢下定论，在稍微提示后，能较好地完成实验，其余学生都限入了思维的僵局，实验过程一筹莫展，在经过提示后，能基本完6