玻璃折射率的测量方法.doc

课程论文

题目： 对玻璃折射率测定方法的探究

班级：2010级物理学本科班
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对玻璃折射率测定方法的探究

摘要：通过不同的方法测定玻璃的折射率，在对实验现象观察的同时，比较不同的方法之间的区别，并将实验结果与真实值比较。
关键词：玻璃，分光计，顶角，偏向角，折射率。
引言：运用钠灯灯光或激光照射玻璃，通过观察折射或反射光的性质来确定玻璃的折射率。
实验方法：
（一） 最小偏向角法：
1. 实验仪器与用具：分光计，玻璃三棱镜，钠灯。
2. 实验原理：
图1
（1）将待测的光学玻璃制成三棱镜，可用最小偏向角法测其折射率n．测量原理见图1，光线α代表一束单色平行光，以入射角i1投射到棱镜的AB面上，经棱镜两次折射后以i4角从另一面AC射出来，成为光线t .经棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线α和出射光线t延长线的夹角δ来表示，δ称为偏向角．由图1可知δ＝(i1－i2)＋(i4－i3)＝i1＋i4－A．此式表明，对于给定棱镜,其顶角A和折射率n已定，则偏向角δ随入射角i1而变，δ是i1的函数.
（2）用微商计算可以证明，当i1＝i4或i2＝i3时，即入射光线a和出射光线t对称地“站在”棱镜两旁时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用δm表示.此时，有i2＝A/2， i1＝(A＋δm)/2，故。用分光计测出棱镜的顶角A和最小偏向角δm ,由上式可求得棱镜的折射率n．
3.实验内容：
3.1棱镜角的测定
置光源于准直管的狭缝前，将待测棱镜的折射棱对准准直管，由准直管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。在棱镜的另外两侧分别找到狭缝像与竖直叉丝重合，分别记录此时分光计的读数，望远镜的两位置所对应的游标读数之差为棱镜角A的两倍。
3.2最小偏向角的测定
（1）将待测棱镜放置在棱镜台上，转动望远镜使能清楚地看见钠光经棱镜折射后形成的黄色谱线。
（2）刻度内盘固定。缓慢转动载物台，改变入射角，使谱线往偏向角减小的方向移动，用望远镜跟踪谱线观察。
（3）当载物台转到某一位置，该谱线不再移动，如继续按原方向转动载物台，可看到谱线反而往相反的方向移动，即偏向角变大。该谱线偏向角减小的极限位置即为最小偏向角位置。
（4）反复实验，找出谱线反向移动的确切位置。固定载物台，微动望远镜，使叉丝中间竖线对准谱线中心，记录此时分光计的读数。
（5）转动载物台，使光线从待测棱镜的另一光学面入射，转动望远镜至对称位置，使光线向另一侧偏转，同上找出对应谱线的极限位置，相应的游标读数为。同一游标左右两次数值之差是最小偏向角的2倍，即
4.实验数据记录
表1：玻璃顶角
项目
次数

1

2

3

项目
表2：最小偏向角
次数

1

2

3

5.数据处理
5.1玻璃的顶角A
分光计的B类误差：

5.2最小偏向角
分光计的B类误差：

=
5.3玻璃折射率n。

(二)调节分光计并用掠入射法测定折射率
1.实验仪器与用具
分光计，玻璃三棱镜，钠光灯
2.实验原理
如图1所示，用单色扩展光源照射到顶角为A的玻璃三棱镜的ＡＢ面上，以角ｉ入射的光线经三棱镜两次折射后，从ＡＣ面以角射出。根据折射定律式中分别是空气和玻璃的折射率。考虑到可得。由图中可以看出，对于入射角的光线（如光线１,２,３等）均可进入三棱镜，在ＡＣ面出射光线形成的亮场；而入射角的光线无法进入三棱镜（ＢＣ1
2
3

A
C
B

图1
面为非光学面），形成暗场。明暗分界线对应的是以入射（称为掠入射）的光线，此时的出射角最小，称为极限角。上式在掠入射的条件下可简化为。只要测出顶角A和极限角，由上式可求出棱镜的折射率n。
3.实验内容
3.1测量三棱镜的顶角A
方法同上。
3.2测极限角
（1）整体移动分光计，使钠光灯大体位于AB的延长线上，将钠光灯作为扩展光源；
（2）用眼睛在ＡＣ面出射光线方向可找到一个明暗分界线，再将望远镜线对准分界线，记下左右游标读数；
（3）转动望远镜至AC面的法线位置（止动游标盘），记下两边游标读数；
（4）可以求出掠入射时的极限角，测量三次，求出平均值。
3.3测定玻璃的折射率n。
将顶角和极限角的平均值代入上式，即，可求出棱镜的折射率n。
4.实验数据记录
表3：极限角
项目
次数

1

2

3

5.实验数据处理
5.1极限角
分光计的B类误差：

5.2玻璃折射率n

（三）观测布鲁斯特角的同时测定玻璃的折射率
1.实验仪器与用具
观察布鲁斯特角装置，玻璃三棱镜，氦-氖激光器。
2.实验原理
根据布鲁斯特定律，可通过测量布鲁斯特角来测量玻璃折射率n。
3.实验内容
（1）如图，在起偏器P1后，插入测布鲁斯特角装置，再在P1和装置之间插入一个带小孔的光屏。调节玻璃平板，使反射光束与入射光束重合。记下初始角。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅰ：激光器 Ⅱ：起偏器 Ⅲ：带小孔光屏 Ⅳ：玻璃三棱镜

P2
（2）一面转动玻璃平板，一面同时转动起偏器P1，使其透过方向在入射面内。反复调节直到反射光消失为止，此时记下玻璃平板的角度，重复测量三次，求平均值，算出布鲁斯特角。

角度
4.实验数据记录
次数

1

2

3

5.实验数据处理
5.1.玻璃的布鲁斯特角
读数盘产生的B类误差：

5.2.玻璃的折射率n

参考文献：