玻璃折射率的測(cè)量方法

1、課程論文題目： 對(duì)玻璃折射率測(cè)定方法的探究 班級(jí)：2010級(jí)物理學(xué)本科班姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 對(duì)玻璃折射率測(cè)定方法的探究 摘要：通過(guò)不同的方法測(cè)定玻璃的折射率，在對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察的同時(shí)，比較不同的方法之間的區(qū)別，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值比較。關(guān)鍵詞：玻璃，分光計(jì)，頂角，偏向角，折射率。引言：運(yùn)用鈉燈燈光或激光照射玻璃，通過(guò)觀察折射或反射光的性質(zhì)來(lái)確定玻璃的折射率。實(shí)驗(yàn)方法：（一） 最小偏向角法：1. 實(shí)驗(yàn)儀器與用具：分光計(jì)，玻璃三棱鏡，鈉燈。2. 實(shí)驗(yàn)原理：圖1（1）將待測(cè)的光學(xué)玻璃制成三棱鏡，可用最小偏向角法測(cè)其折射率n測(cè)量原理見圖1，光線代表一束單色平行光，以入射角i1投射到棱鏡的AB面上

2、，經(jīng)棱鏡兩次折射后以i4角從另一面AC射出來(lái)，成為光線t .經(jīng)棱鏡兩次折射，光線傳播方向總的變化可用入射光線和出射光線t延長(zhǎng)線的夾角來(lái)表示，稱為偏向角由圖1可知(i1i2)(i4i3)i1i4A此式表明，對(duì)于給定棱鏡,其頂角A和折射率n已定，則偏向角隨入射角i1而變，是i1的函數(shù).（2）用微商計(jì)算可以證明，當(dāng)i1i4或i2i3時(shí)，即入射光線a和出射光線t對(duì)稱地“站在”棱鏡兩旁時(shí)，偏向角有最小值，稱為最小偏向角，用m表示.此時(shí)，有i2A/2， i1(Am)/2，故。用分光計(jì)測(cè)出棱鏡的頂角A和最小偏向角m ,由上式可求得棱鏡的折射率n3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：3.1棱鏡角的測(cè)定置光源于準(zhǔn)直管的狹縫前，將待測(cè)棱

3、鏡的折射棱對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)直管，由準(zhǔn)直管射出的平行光束被棱鏡的兩個(gè)折射面分成兩部分。在棱鏡的另外兩側(cè)分別找到狹縫像與豎直叉絲重合，分別記錄此時(shí)分光計(jì)的讀數(shù)，望遠(yuǎn)鏡的兩位置所對(duì)應(yīng)的游標(biāo)讀數(shù)之差為棱鏡角A的兩倍。3.2最小偏向角的測(cè)定（1）將待測(cè)棱鏡放置在棱鏡臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡使能清楚地看見鈉光經(jīng)棱鏡折射后形成的黃色譜線。（2）刻度內(nèi)盤固定。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，改變?nèi)肷浣牵棺V線往偏向角減小的方向移動(dòng)，用望遠(yuǎn)鏡跟蹤譜線觀察。（3）當(dāng)載物臺(tái)轉(zhuǎn)到某一位置，該譜線不再移動(dòng)，如繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，可看到譜線反而往相反的方向移動(dòng)，即偏向角變大。該譜線偏向角減小的極限位置即為最小偏向角位置。（4）反復(fù)實(shí)驗(yàn)，找出譜線反向移

4、動(dòng)的確切位置。固定載物臺(tái)，微動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使叉絲中間豎線對(duì)準(zhǔn)譜線中心，記錄此時(shí)分光計(jì)的讀數(shù)。（5）轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使光線從待測(cè)棱鏡的另一光學(xué)面入射，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡至對(duì)稱位置，使光線向另一側(cè)偏轉(zhuǎn)，同上找出對(duì)應(yīng)譜線的極限位置，相應(yīng)的游標(biāo)讀數(shù)為。同一游標(biāo)左右兩次數(shù)值之差是最小偏向角的2倍，即4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1：玻璃頂角項(xiàng)目次數(shù)123項(xiàng)目表2：最小偏向角次數(shù)1235.數(shù)據(jù)處理5.1玻璃的頂角A分光計(jì)的B類誤差： 5.2最小偏向角分光計(jì)的B類誤差： = 5.3玻璃折射率n。(二)調(diào)節(jié)分光計(jì)并用掠入射法測(cè)定折射率1.實(shí)驗(yàn)儀器與用具分光計(jì)，玻璃三棱鏡，鈉光燈2.實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，用單色擴(kuò)展光源照射到頂角為A的玻璃三

5、棱鏡的面上，以角入射的光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，從面以角射出。根據(jù)折射定律式中分別是空氣和玻璃的折射率?？紤]到可得。由圖中可以看出，對(duì)于入射角的光線（如光線,等）均可進(jìn)入三棱鏡，在面出射光線形成的亮場(chǎng)；而入射角的光線無(wú)法進(jìn)入三棱鏡（123ACB圖1面為非光學(xué)面），形成暗場(chǎng)。明暗分界線對(duì)應(yīng)的是以入射（稱為掠入射）的光線，此時(shí)的出射角最小，稱為極限角。上式在掠入射的條件下可簡(jiǎn)化為。只要測(cè)出頂角A和極限角，由上式可求出棱鏡的折射率n。3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1測(cè)量三棱鏡的頂角A方法同上。3.2測(cè)極限角（1）整體移動(dòng)分光計(jì)，使鈉光燈大體位于AB的延長(zhǎng)線上，將鈉光燈作為擴(kuò)展光源；（2）用眼睛在面出射光線方向可找到

6、一個(gè)明暗分界線，再將望遠(yuǎn)鏡線對(duì)準(zhǔn)分界線，記下左右游標(biāo)讀數(shù)；（3）轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡至AC面的法線位置（止動(dòng)游標(biāo)盤），記下兩邊游標(biāo)讀數(shù)；（4）可以求出掠入射時(shí)的極限角，測(cè)量三次，求出平均值。3.3測(cè)定玻璃的折射率n。將頂角和極限角的平均值代入上式，即，可求出棱鏡的折射率n。4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表3：極限角項(xiàng)目次數(shù)1235.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理5.1極限角分光計(jì)的B類誤差： 5.2玻璃折射率n（三）觀測(cè)布魯斯特角的同時(shí)測(cè)定玻璃的折射率1.實(shí)驗(yàn)儀器與用具觀察布魯斯特角裝置，玻璃三棱鏡，氦-氖激光器。2.實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)布魯斯特定律，可通過(guò)測(cè)量布魯斯特角來(lái)測(cè)量玻璃折射率n。 3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）如圖，在起偏器P1后，插入測(cè)布魯斯特角裝置，再在P1和裝置之間插入一個(gè)帶小孔的光屏。調(diào)節(jié)玻璃平板，使反射光束與入射光束重合。記下初始角。：激光器 ：起偏器 ：帶小孔光屏 ：玻璃三棱鏡P2 （2）一面轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃平板，一面同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)起偏器P1，使其透過(guò)方向在入射面內(nèi)。反復(fù)調(diào)節(jié)直到反射光