玻璃折射率及测量方法

1、课程论文题目：对玻璃折射率测定方法的探也班级：2010级物理学本科班姓名： 学号：_ _指导老师： 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：(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a代表一束单色平行 光，以入射角ii投射到棱镜的AB面上

2、，经 棱镜两次折射后以i 4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 a和出射光 线t延长线的夹角6来表示，6称为偏向 角.由图 1 可知 6 =(i 1 i 2)+(i 4i 3) =i i + i4-A.此式表明，Xt于给定棱镜，其顶角 A和折射率n已定，则偏向角6随入射角i 1而变，6是i1的函数.(2)用微商计算可以证明，当i 1=i 4或i 2=i 3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SmSA msin示.此时，有 i2 = A/2, i 1=(A+6m)/2 ,故 n2。用分光计测

3、出棱 Asin 2镜的顶角A和最小偏向角6 m，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V1N2MN2,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

4、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 V1 ,V2 0(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Vi和V2。同一游标左右两次数值之差是最小偏向角的 2倍，即(V1 V1V2 V2)/44 .实验数据记录表1:玻璃顶角项目 次V1V2,V1,V21 36 37 216 37_ _

5、，276 55_ ，96 542 36 35 216 36_ _ ，276 55_ - ，96 543- ,36 35- ,216 34- 276 56_ - 96 55表2:最小偏向角V1V2,V1(V21 298 23 118 20. 一1541195 402- ，298 23，118 20- _ 15 40，195 393. ，298 24. ，11821- _ 15 43_ - _195 405.数据处理5.1玻璃的顶角A分光计的B类误差：uB 0：0342,3一 . V1 36 3540 Ua 0 040一 . V2216 3540uA0 052Vi276 5520Ua0 020V2

6、96 5420uA0 020A 1(Vi 360 Vi； V2 Uc 0 052Vi 36 3540 0 052uC 012V2 2163540 012Uc 0 039M 276 5520 0 039， ， , ,Uc 0 039V2 96 5420 0 039._59 50 25A 2 2A 2 2 A 2 2A 2 2Uc(A)()Uc(V1)(，)Uc(V1)()Uc(V2)(，)Uc(V2)V1V1V2V2- 0 024结果报道：A 1.0444 0.0001rad分光计的B类误差：uB2.3: 0 034V1298 2320uA -，V2118 2020uAV1154120uAV21

7、95 39 40uA 10 020 uC 0 0390 020 uC 0 039 C0 052 uC 012o o 10 020 Uc 0 039 一v 298 2320 0 039 . V2 118 2020 0 039V1 15 4120 012V2 195 394000395.2最小偏向角m1-(V1 3604Uc(m), (m)2Uc2(Vl)(m)2Uc2(Vl)(m)2Uc2(V2)(m)2Uc2(V2)。-ViViV2V2结果报道：m 0.6747 0.0001rad5.3玻璃折射率n0sin(. n 59 5025 3839202_ . _ _ .,59 5025、sin(2)

8、-)1.51875Uc(n)n 22n 22()2Uc2(A) (一)2Uc2( m)Am0.0001结果报道：n 1.5188 0.0001（二）调节分光计弁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1入射的光线经三棱镜两次折射后，从A C面以角射出。根据折射定律n. sini nsinrnsin r, n sin式中n和n分别是空气和玻璃的折射率。考虑到r rA和 n.1 可得 n1Jsin2isin2A (sin i cos A sin )2。由图中可以看sin A出，对于入射角i

9、 90、的光线（如光线1 ,2 , 3等）均可进入 三棱镜，在A C面出射光线 1,2,3形成的亮场；而入射角 i 90 ,的光线无法进入三棱镜（BC面为非光学面），形成暗 场。明暗分界线对应的是以i 90.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n小(cosA sin )2 。只要测出顶 sinA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P

10、P线对准分界线，记下左右游标读数3, 3 5(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, 4 5(4)可以求出掠入射时的极限角 -3434 ,测量三次，求出平2均值一。3.3 测定玻璃的折射率n。将顶角和极限角的平均值 A代入上式，即n Ji (cosA-si)2 ,可求出棱 sin A镜的折射率n。4 .实验数据记录 表3:极限角33441- ,59 08- ,239 10- 88 26- 268 30259 10，239 13J ，88 25268 273: ，59 09239 1288 23J，268 265 .实验数据处理5.1 极限角分光计的B类误差:_ 一

11、_uB 0 0342.359 0900Ua0 034Uc 0 0048人”-3 59 0900 0 004832391140Ua00052Uc0 010232391140- 0 010288 2440Ua. 0 0052Uc“ ，0 0102. 882440- 0 01024. 268 2740_ . _ _ _0 0112Uc_. _ J _ _001194_ _ _ 2682740_. _ _ , _0 01193459 0900 882440239 1140268 27 40,.“2915500 02 07结果报道:0.51080.0006rad5.2 玻璃折射率nn .1 (cos A

12、 sin 2sin Acos595025 sin291550sin59 50252)2 1.52129Uc (n)(A)2Uc2(A) ( n)2Uc2( ) 0.0006结果报道：n 1.5213 0.0006(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，氮-式激光器。2 .实验原理根据布鲁斯特定律n tan ,可通过测量布鲁斯特角来测量玻璃折射率n3 .实验内容(1)如图，在起偏器Pi后，插入测布鲁斯特角装置，再在Pi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1(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P2I :激光器n ：起偏器 m：带小孔光屏W：玻璃三棱镜面内。反复调节直到反射光消失为止，此时记下玻璃平板的角度 三次，求平均值，算出布鲁斯特角4.实验数据记录直吼角度1210,5720,二 ，57 3030,585.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:Ub: r 0