透明介質(zhì)布儒斯特角的測定

實驗題目 透明介質(zhì)布儒斯特角的測定【實驗目的】1、掌握布儒斯特角測量原理及實驗設計思路.2、利用PASCO數(shù)字實驗教學系統(tǒng)測量布儒斯特角.3、了解布儒斯特角在測量介質(zhì)折射率中的應用.【實驗儀器】1、PASCO500儀器系統(tǒng).2、He-Ne激光器1架.3、D形棱鏡1個.4、圓形可調(diào)偏振片2片.5、方形偏振片1個.6、可調(diào)狹縫1個.7、計算機.【實驗原理】1、布儒斯特角 當非偏振光在非傳導介質(zhì)表面反射和折射時,使反射光和透射光都會發(fā)生偏振,它們的偏振狀態(tài)取決于光的入射角以及反射物質(zhì)的性質(zhì).一般情況下,光線斜入射非傳導介質(zhì)表面時,反射光和透射光都是部分偏振光,且反射光垂直于入射面的電矢量分量比較強,透射光平行于入射面的電矢量分量比較強.但是,當入射角為一特殊值時,反射光會完全偏振,即反射光為平面偏振光,且其電矢量的振動方向垂直于入射面,該特殊角即稱為布儒斯特角. 根據(jù)菲涅耳反射折射公式以及振幅反射率、透射率的定義式,可得 為了得到一個較為清晰的印象,如下,給出了光從光密射向光疏以及光從光疏射向光密時,不同入射角的強度反射率圖線. 由右圖可以看出,存在那么一個角度,當入射角于此時, 分量的反射率減小為零,此時,代入折射定律,可得,布儒斯特角于是, ,此關系式稱為布儒斯特定律.由此還可知,若已知介質(zhì)1的折射率,只需找到對應于介質(zhì)2的布儒斯特角,便可求出介質(zhì)2的折射率. 又由(為折射角)可知, ,即此時,反射光與折射光相互垂直.2、布儒斯特角的測量 光以布儒斯特角入射兩個介質(zhì)表面時,反射光為電矢量的振動方向垂直于入射面的平面偏振光.因此,讓反射光經(jīng)過一個偏振器,檢偏器的偏振方向垂直于入射光的偏振方向,當透射光的強度為零時,則對應的入射角為布儒斯特角. 但實驗時,由于偏振片無法完全消光、外界光照的影響等因素,透射光強度并不能減小到零.實驗時,使用經(jīng)過偏振片后的光強與無偏振片使得總光強的比值作為判定依據(jù),當最小時,即可認為所對應的入射角為測量介質(zhì)的布儒斯特角.【實驗步驟】1、儀器擺放于調(diào)節(jié) 光具座的兩端分別放置傳感器與激光器.轉(zhuǎn)動分光角盤,使轉(zhuǎn)動傳感器與光具座平行,此時,分光光度計盤應指在180的位置. 打開激光器,調(diào)節(jié)激光器后方的調(diào)節(jié)螺絲,使激光正好打在光傳感器的狹縫中心.將偏振片轉(zhuǎn)到 (保證相同的與分量),并置于傳感器與激光器之間.將偏振片放置于偏振片與激光器之間,實驗時可利用偏振片調(diào)節(jié)實驗光強打開計算機與型平臺,將光電傳感器的增益開關打到檔.打開桌面上已經(jīng)編輯好的” ”文檔,點擊”啟動”按鈕,查看此時光傳感器所接收到的光強大小.將準直狹縫調(diào)節(jié)到”4號”,并放置在光具座的中間位置(偏振片之前).細調(diào)準直狹縫,觀察屏幕上的示值,使光電傳感器接收到的光強基本達到最大處. 將型棱鏡放置在布儒斯特角盤的階梯上,調(diào)節(jié)布儒斯特角盤,使得激光與棱鏡直線邊平行(即屏幕上光傳感器的示值與沒有放上棱鏡是基本相同). 至此,儀器調(diào)節(jié)完畢.再光具座上,儀器的擺放位置應為:激光器-個偏振片-準直狹縫-分光帶盤(帶有支臂來固定光電傳感器)- 型棱鏡-轉(zhuǎn)動傳感器-光電傳感器.2、實驗數(shù)據(jù)采集 重新點擊中的”啟動”按鈕,此時默認初始位置為.調(diào)節(jié)偏振片使剛剛開始時的光強示值大于,本次實驗選取值大于. 轉(zhuǎn)動光傳感器使中的角度示數(shù)為,轉(zhuǎn)動布儒斯特角盤,使得激光束正好被型棱鏡反射到光電傳感器的狹縫中心.在軟件中,點擊”保留”以記錄此時反射光的總光強. 將事先準備好的方形偏振片放置在光電傳感器前方, 點擊”保留”記錄下此時反射光經(jīng)過偏振片后的光照強度.回車后,查看此時的光照強度比值. 繼續(xù)轉(zhuǎn)動光傳感器,并重復步驟、.傳感器在到的范圍內(nèi),每次轉(zhuǎn)動以為單位,在到的范圍內(nèi),每次轉(zhuǎn)動以為單位,小于后再以為單位轉(zhuǎn)動.實驗時若光強示數(shù)小于,則調(diào)節(jié)光電傳感器上的增益按鈕使光強盡量大于,但實驗過程中光強不可大于. 數(shù)據(jù)采集結(jié)束后,查看各個數(shù)據(jù)所對應光照強度比值,最小處所對應的角度,即為本次實驗所測得的棱鏡布儒斯特角.3、實驗結(jié)束,收拾整理儀器.【數(shù)據(jù)處理】本次實驗的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果如下布儒斯特角實驗數(shù)據(jù)表格80.03382.2016.10019.58675.06752.508.11012.97670.03342.203.7508.88665.10030.701.2103.94160.03321.900.3641.66258.03320.400.1820.89256.03316.300.1300.79854.03312.200.3142.57452.00012.800.5073.96150.00011.700.7546.44445.06710.000.9009.00040.0008.201.34016.34135.0337.951.58019.87430.2337.852.17027.643 Ratio-Angle實驗散點圖依據(jù)實驗數(shù)據(jù),在取值最小處,激光的入射角度為,即本次實驗測得待測型棱鏡的布儒斯特角依據(jù)布儒斯特定律,得到型棱鏡的折射率【實驗結(jié)論】1、本次實驗,利用平臺與數(shù)據(jù)處理軟件,測得待測型棱鏡的布儒斯特角約為.2、根據(jù)實驗結(jié)果,利用布儒斯特定律,測得待測型棱鏡的折射率.3、玻璃的絕對折射率因玻璃材料配比不同應介于的范圍內(nèi),但實驗卻測得.由可知,實驗所測得的型棱鏡布儒斯特角偏小了.誤差分析1、本次實驗在布儒斯特角存在的范圍附近是以為一個單位進行調(diào)節(jié)測量的,由此布儒斯特角測量的最小分度偏大,導致無法得到精細的布儒斯特角范圍. 2、本次實驗時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動傳感器存在某些角度測量時存在可以被感受到的空程差,即雖然在轉(zhuǎn)動光電傳感器,但中的角度并無變化.3、本次實驗時,并沒有很好地保證外界環(huán)境光強不變,同學們經(jīng)常性的開關門以及用臺燈照明燈等都微小地改變了傳感器上的光強.【思考練習】1、利用布儒斯特角來確定丙烯酸材料的折射率,此時應該是多少?答: 丙烯酸材料由于無色無味且有毒，所以一般