简易液体折射计的制作与使用
在高中物理“光的折射”一节的教学中，要测定光从空气进入玻璃的折射率只需用光具盘等现成仪器便可测量。然后要测定液体的折射率，个别学校有的也是旧式仪器，操作既不方便效果又不好，只能演示光进入液体中的折射情况，不能算出该种液体的折射率。鉴于这种情况，四川江油市第一中学李兰老师设计制作了一种简易液体折射计，可以测出各种液体的折射率，既操作简单，测量又较准确。
材料及结构
用有机玻璃和三氯甲烷粘接成长18cm、宽14cm、高10cm的长方形开口盒子，盒子的底部刻有几条刻度线(用大头针刻)，盒子的正面连着一块直径为16cm并刻着度数的有机玻璃量角器，量角器上有一随中心O转动的有机玻璃窄条ON，窄条的中心线ON上还粘接两块带中心刻线AB、CD的有机玻璃手柄。
用法
(1)左手持仪器或将仪器放置水平桌上，右手转动手柄，使手柄上二中心刻线与仪器底部某一条刻线重合(三条线在同一线上)，读出此时指针所对量角器的角度数，即i度数。
(2)在盒子内盛液体至O点，移动手柄使二中心线与未装液体时的那条容器底线重合，读出此时指针ON所对量角器的角度数即r度数。
(3)据公式n=sinisinr便可得知该液体的折射率。
(4)换用不同的液体可测不同液体的折射率。
自制光的折射实验器
材料：190×110×200mm的有机玻璃生物标本盒一个，长约80mm的废伞骨或钢丝两段，直径为2mm或3mm的小螺丝钉一颗，8×8×3mm的有机玻璃一小块，丙酮，红油漆。
制作：①制作两个“指针”。将长约80mm的两根废伞骨或细钢丝的一头在火上加热，烧红后打成小圆环，环的直径正好和小螺丝钉的直径一样大。另一头也烧红，打成偏平状。总之，两根做成形状大小一样，然后刷上红油漆；②标本盒的改造——在标本盒右侧面紧靠正前面处，用小钢锯开一宽5mm左右、深100mm的槽；③将8×8×3mm的有机玻璃中心钻一小孔(不能钻穿)。然后将厦上两根“指针”的小螺丝钉，上在此有机玻璃中心的小孔上；④装配：用丙酮将上有两个“指针”的小块有机玻璃粘在有机玻璃生物标本盒内正面的中心位置；⑤刻度：“指针”粘牢后在标本盒正面，将指针的中心点定为坐标原点，用三角板和针刻一直角坐标。在第一象限刻一半径为75mm的90°圆弧，并将圆弧等分为90份，如量角器的右半边，所不同者，只是y轴为0°，x轴正方向为90°。在第二象限刻上0°-55°(见图，图中只画出0°、5°、10°等作示意)。
实验将水等透明液体注入盒内，液面与x轴相平。眼睛沿着第一像限的指针斜着往液体里看，用一根长约200mm的细铁丝(一头弯上一小钩)来调整液体中或空气中指针的位置，使液体中指针(的像)与空气中的指针，看起来在一条直线上。从正面能十分清楚地看到，两个指针(“光线”)并在一条直线上，而是明显地发生了偏折。由此可以读出入射角和折射角的度数，因而可较准确地算出水、酒精、乙醚、甲醇、盐酸等的折射率。根据光路可逆原理，还可以测出上述几种液体发生全反射的临界角。
“测定玻璃的折射率”实验中的几个问题
“测定玻璃的折射率”实验，是一个很重要的实验，尽管这个实验操作并不复杂，但学生实验时由于不重视、不细心，导致实验准确度、精确度不高或出现错误是常见的。
江苏省海门县三厂中学张永兴老师分别分析了实验中发现的几个问题。
插针的间距问题
这个实验是用“插针法”确定入射光线和出射光线的，插针P1与P2、P3与P4的间距要适当地大些，不能靠得很近，这样可减少确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。两组插针结果，测量结果准确度高的是图(甲)，而不是图(乙)。
插针的取向问题
实验时是以插针P1、P2的连线取向作为入射光线方向的。如果两插针连线与玻璃砖垂直(或接近于垂直)，这样，出射光线也垂直于玻璃砖，出现折射角为零的情况，因此就无法测出折射率。同样，如果P1、P2连线太靠近玻璃砖，这时入射角接近90°，导致反射光太强，而折射光太弱，不易观察，很难确定P3、P4的位置。
由此可知，插针的取向很有讲究，入射角既不能太小(接近零度)，也不能太大(接近90°)，这样就能尽量减少折射角测量中的误差，提高测量的准确度。
插针P1、P2连线与观察者视线间的关系
实验中，学生虽然注意了上述两个问题，但偶尔会出现隔着玻璃砖观察不到P1、P2两插针的情况。原因何在？我们可结合给予解释。
原来，插针P1、P2的连线过分射向玻璃砖的右侧，且入射角又大于某一数值，使第一次折射的光线①在ab侧面产生全反射，导致出射光线偏向左下方，而观察者视线仍沿P2P1方向，当然无法确定P3P4的位置(反之，在a′b′侧面也可能出现这种现象，这时观察者在左侧)。遇到这种现象，可将玻璃砖沿a′a界面向右平移，直至观察到P1P2为止。
如果沿界面平移了玻璃砖，仍观察不到P1、P2两插针，则另有原因，可用解释。主要是在b′b界面发生全反射，导致出射光线与入射光线在界面同侧，而观察者视线仍沿P2、P1方向，就观察不到P1、P2，这时可改变P1P2两插针取向，直至能观察到P1P2为止。
玻璃砖移动问题
实验中一旦玻璃砖宽度所定的界面线aa′和bb′画好后，放置的玻璃砖就不要随便移动。
果上下稍微平移了玻璃砖对测量结果有影响吗？我们可分析(虚线为原放好的位置)。观察插针所定的折射光线应是①，但按移动后的界面作入射光线和出射光线而定的折射光线为②，由于①与②两线段平行且相等，所以折射角没有变化，入射角又相等，因此测得的折射率不变。
若玻璃砖稍微斜移动成，则测得的折射率肯定发生变化(可作光路图证明，现略)，实验时要避免这种情况。
玻璃砖调换问题学生往往认为，既然是同一种玻璃物质，在同一种环境中测定的折射率应是唯一的。所以，当界面aa′和bb′画好后，随便调换玻璃砖(即另拿一块玻璃砖)，这种实验操作是错误的。
因为各块玻璃砖的宽度略有不同。①是观察所确定的折射光线，而bb′边界线原先已定好(虚线所示)，②是作图所得折射光线，显然折射角将变大，测得的折射率将会变小。对于所示的情况，测得的折射率又会变大。
至于调换后的玻璃砖紧贴bb′界面，同样会出现偏差，因篇幅有限不赘述。
改用测线段长度测折射率
用量角器量入射角和折射角，再从三角函数表中查出它们的正弦值，这样既麻烦，又会带来更大的误差。若改用圆规和mm刻度尺，既方便又可减少误差。以入射点O为圆心，以折射线OO′为半径画圆，延长入射光线交圆于C点。然后过O′和C分别作aa′的垂线，得交点A和B，用mm刻度尺测OA和OB的长度，则玻璃的折射率n=OBOA(n=sinisinr=OB/OCOA/OO1=OBOA)。
测量水的折射率的简易方法
西安市教研室冯梦夫老师介绍了一种测量水的折射率的简易实验。实验是根据反射定律和折射定律进行的。
让我们考虑一个垂直于水面的长条状物体O。当我们从E点观察时，由于光线2在水面被折射，可以看到物体在水下部分的B点。B点看起来好像在EC方向上。C点是O同空气中的光线2延长线的交点。另一方面，由于光线1在水面的反射，从E点我们还能看到物体水上部分的A点。A点看起来与C重合。实验上在E点看到的是A点反射的像。根据这些，应用前面提及的两个定律，通过公式(忽略色散效应)n水=［H2(h+d)2+h2D2］12［D2+(h+d)2］-12H-1(1)就可很容易地求出水的折射率来。其上h、d、H和D的意义。为了得出公式(1)，只须注意到tgθ=(h+D)/D，tgθr=PQ/H=h/Htgθ，然后应用斯涅耳定律sin(π2-θ)=n水sinθr即可。这样我们的实验就归结为测量这些距离。为此，用刻度清晰的不透明尺作为物体O浸入盛有水的槽内。为了减小测量中的误差，我们可以通过像放置的一条纸板上的小孔(直径约1mm)来观察直尺。通过这个小孔，我们可以看到(在水面下)两个重迭的刻度，它们分别是尺子水上部分和水下部分相应刻度，由于反射和折射而成的像，折射像通常看起来比反射像要清晰些。但后者可以通过减小角度θ而变得清晰。一旦这些被调整好，剩下的就只是观察由于反射和折射而互相重合的两个刻度并量出距离d和D。然后使用这些数据利用公式(1)就可求出n水的数值。
当然，在测量过程中水的表面要保持绝对平静。这一实验的典型数据为d≈70mm，h≈40mm，D≈250mm，H≈100mm。通过上述步骤得到n水的平均值在133到134之间(主要取决于观测者和水温等因素)。
光的全反射实验
取脸盆一只，盛满清水；把一块平面镜浸入水中并斜靠在盆的边上。将手指直戳入水中，透过水面看镜子，可以看到两只对称的手指的像。发生该现象的原因是：从手指来的光线一部分直射到镜面上经镜面反射后穿出水面进入观察者眼内，这就是看到的朝下手指的像；从手指来的光线一部分经水面的下部全反射后再直射到镜面上，又从镜面反射后穿出水面进入观察者眼内，形成朝上指的那个像。
该实验还可以这样来做：用手拿住一枚硬币，轻轻地平放入水中，同时观察镜子里硬币的像，在硬币没有到达盆底时，从镜子里可以看到两枚硬币，一个是硬币的正面，另一个是硬币的背面。发生该现象的原因与上述原因相同。
用弯曲玻璃管演示光的全反射
器材：
弯曲的玻璃管(一般化学实验室均有，也可自行弯制，角度略大于100度)，烧杯一只，小孔光源(手电筒前加一只留有圆孔的纸片亦可)。
实验一
光从光密媒质进入光疏媒质可以发生全反射步骤：在弯玻璃管中灌满清水，使光源发出的光线平行于试管底部射入。可观察到入射光经全反射后照亮管子上方的天花板，而在平行光线前方观察不到出射光线。
实验二
光从光疏媒质进入光密媒质不发生全反射步骤：烧杯中盛清水，将空玻璃管置于杯中，使其底部紧贴烧杯壁，点光源的平行于试管底部放置。可观察到光从玻璃管中空气进入烧杯的水中。不发生全反射。改变入射光线方向，也不发生全反射。
该实验器材简单，演示方便，值得一试。
对全反射演示实验的改进
对全反射现象，由于学生很少有这方面的生活经验，往往对其发生的条件不能很好地理解和掌握。因此，做好全反射演示实验是本节教学的关键。但高中物理教材中介绍的用光具盘演示全反射的效果并不理想。为此，重庆三十七中夏国祥老师在准备全反射实验时，重新设计了一套实验装置，使用结果表明，它具有结构简单，直观性好、可见度大的特点，有效地克服了用光具盘做全反射实验的不足。现将重庆三十七中夏国祥老师的这套演示装置简介如下：
取一只直径约20cm的长颈球形玻璃容器(化学实验室一般都有)，向容器内注入1/2容积的自来水，水的上方喷入适量的烟雾，用下面挂有温度计的瓶塞将容器密封(温度计的作用是充当垂直于水面的法线)。然后将球形玻璃容器置于铁架台上；把去掉脚架的氦氖激光器，用螺钉卡在带有两个同心圆弧槽的木板架上，使激光器能沿圆弧槽转动。实验前调整激光器与玻璃容器的相对位置，使激光束刚好重直于容器壁从水下射到水面中心，这时可十分清楚地观察到由水中杂质漫反射而出现的折射光路。实验时，将激光器沿圆弧槽缓慢向上转动，可看到随入射角的增大，折射光线向水面靠拢，并且折射角大于入射角，同时折射光线的亮度逐渐减弱；反射光线的亮度逐渐增强，当入射角等于或大于某一值时，折射光线消失，只剩下反射光线等一系列有关全反射的现象。作为对发生全反射的条件的映证，可改变入射光线，把激光器转到容器内部水面的上方，让激光束从空气中进入水中，这时将观察到无论怎样改变入射角，也没有全反射现象发生。
利用上面介绍的这套装置做全反射实验，应注意这样几点：
(1)喷入的烟雾要适量，烟雾浓了会使折射光路的轮廓不清楚，甚至透不出来；烟雾淡了折射光路的亮度不够。为了掌握好烟雾的多少，可在准备实验时，先用一根“г”型玻璃管靠近水面吹入一定量的烟雾，再根据折射光线的视觉情况确定烟雾的增加或减少。
(2)调整好激光器与玻璃容器的相对位置，应让长激光器的圆弧槽的圆心刚好在水面中心，这样才能保证入射光线的入射点不变。另外，温度计应悬挂在水面中心的上面一点，以使激光束不致射到温度计上。
(3)实验最好在暗室进行，这样，效果更好一些。如果没有激光器，用一般光源加留有小孔的遮光板也行(甚至可以改装一下手电筒)只是效果差一点。
这套实验装置原则上可以用于研究光的折射、偏振等现象。
光导纤维传光演示装置的改进
高中物理演示弯曲的玻璃棒能传光的实验中，必须注意以下两个问题：(1)光源要离玻璃棒里端足够远，以减小入射光的入射角，(2)暗盒不只是“不透光”，还要暗盒内面绝对不反射光。否则，由于部分光线的入射角较大，大于光导纤维的孔径角，而在棒中传导的光的一部分会从弯曲部分射出，不能使学生从实验中确信纤维导光原理。再者，光源较远，传导的光较弱，效果不明显。解决的办法是在光线入射端套上一段限角筒，使入射光的入射角限定在小于孔径角的范围内，从而使射入玻璃棒中的光线只能在玻璃棒的另一端射出。
吉林省靖宇县教师进修学校吴家训老师在教学中是这样制做这个演示器的：用一个小号的广口瓶或别的口大一点的瓶，选一个与瓶口适当的橡胶塞，1暗箱2电珠3限角筒4广口瓶5胶塞6导线7玻璃管塞上打两个比玻璃棒直径略小的孔，内插一直一弯两个长10-15cm的细玻璃棒，棒太长光能损耗大，透光率小。用不透光的金属片或纸片做成两个限角筒，各套在玻璃棒的里端，再做一个与橡胶塞直径相等、一端封闭的不透光的管，套在塞上做成暗箱，把手电筒电珠焊上导线装入暗箱内，导线通到外面用来接电源。
