玻璃折射率及測量方法

1、課程論文題目：對玻璃折射率測定方法的探也班級：2010級物理學本科班姓名： 學號：_ _指導老師： 對玻璃折射率測定方法的探究摘要：通過不同的方法測定玻璃的折射率，在對實驗現(xiàn)象觀察的同時，比較不 同的方法之間的區(qū)別，并將實驗結果與真實值比較。關鍵詞：玻璃，分光計，頂角，偏向角，折射率。引言：運用鈉燈燈光或激光照射玻璃，通過觀察折射或反射光的性質來確定玻 璃的折射率。實驗方法：(一)最小偏向角法：1 .實驗儀器與用具：分光計，玻璃三棱鏡，鈉燈2 .實驗原理：(1)將待測的光學玻璃制成三棱鏡，可用最小偏向角法測其折射率n.測量原理見圖1,光線a代表一束單色平行 光，以入射角ii投射到棱鏡的AB面上

2、，經(jīng) 棱鏡兩次折射后以i 4角從另一面AC射出 來，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 a和出射光 線t延長線的夾角6來表示，6稱為偏向 角.由圖 1 可知 6 =(i 1 i 2)+(i 4i 3) =i i + i4-A.此式表明，Xt于給定棱鏡，其頂角 A和折射率n已定，則偏向角6隨入射角i 1而變，6是i1的函數(shù).(2)用微商計算可以證明，當i 1=i 4或i 2=i 3時，即入射光線a和出射光線t對稱地“站在”棱鏡兩旁時，偏向角有最小值，稱為最小偏向角，用SmSA msin示.此時，有 i2 = A/2, i 1=(A+6m)/2 ,故 n2。用分光計測

3、出棱 Asin 2鏡的頂角A和最小偏向角6 m，由上式可求得棱鏡的折射率n.3 .實驗內(nèi)容：3.1 棱鏡角的測定置光源于準直管的狹縫前，將待測棱鏡的折射棱對準準直管，由準直管射 出的平行光束被棱鏡的兩個折射面分成兩部分。在棱鏡的另外兩側分別找到狹縫像與豎直叉絲重合，分別記錄此時分光計的讀數(shù)V1N2MN2,望遠鏡的兩位置所對應的游標讀數(shù)之差為棱鏡角 A的兩倍。3.2 最小偏向角的測定(1)將待測棱鏡放置在棱鏡臺上，轉動望遠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。緩慢轉動載物臺，改變?nèi)肷浣?，使譜線往偏向角減小的方 向移動，用望遠鏡跟蹤譜線觀察。(3)當載物臺轉到某一位

4、置，該譜線不再移動，如繼續(xù)按原方向轉動載物臺， 可看到譜線反而往相反的方向移動，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)反復實驗，找出譜線反向移動的確切位置。固定載物臺，微動望遠鏡，使叉絲中間豎線對準譜線中心，記錄此時分光計的讀數(shù) V1 ,V2 0(5)轉動載物臺，使光線從待測棱鏡的另一光學面入射，轉動望遠鏡至對稱位 置，使光線向另一側偏轉，同上找出對應譜線的極限位置，相應的游標讀數(shù)為Vi和V2。同一游標左右兩次數(shù)值之差是最小偏向角的 2倍，即(V1 V1V2 V2)/44 .實驗數(shù)據(jù)記錄表1:玻璃頂角項目 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.數(shù)據(jù)處理5.1玻璃的頂角A分光計的B類誤差：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結果報道：A 1.0444 0.0001rad分光計的B類誤差：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結果報道：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結果報道：n 1.5188 0.0001（二）調節(jié)分光計弁用掠入射法測定折射率1 .實驗儀器與用具分光計，玻璃三棱鏡，鈉光燈2 .實驗原理如圖1所示，用單色擴展光源照射到頂角為 A的玻璃三棱鏡的AB面上，以角1入射的光線經(jīng)三棱鏡兩次折射后，從A C面以角射出。根據(jù)折射定律n. sini nsinrnsin r, n sin式中n和n分別是空氣和玻璃的折射率?？紤]到r rA和 n.1 可得 n1Jsin2isin2A (sin i cos A sin )2。由圖中可以看sin A出，對于入射角i

9、 90、的光線（如光線1 ,2 , 3等）均可進入 三棱鏡，在A C面出射光線 1,2,3形成的亮場；而入射角 i 90 ,的光線無法進入三棱鏡（BC面為非光學面），形成暗 場。明暗分界線對應的是以i 90.入射（稱為掠入射）的光 線，此時的出射角最小，稱為極限角。上式在掠入射的條件下可簡化為n小(cosA sin )2 。只要測出頂 sinA角A和極限角，由上式可求出棱鏡的折射率 n。3 .實驗內(nèi)容3.1 測量三棱鏡的頂角A方法同上。3.2 測極限角(1)整體移動分光計，使鈉光燈大體位于 AB的延長線上，將鈉光燈作為擴展光源；(2)用眼睛在AC面出射光線方向可找到一個明暗分界線，再將望遠鏡P

10、P線對準分界線，記下左右游標讀數(shù)3, 3 5(3)轉動望遠鏡至AC面的法線位置(止動游標盤)，記下兩邊游標讀數(shù)4, 4 5(4)可以求出掠入射時的極限角 -3434 ,測量三次，求出平2均值一。3.3 測定玻璃的折射率n。將頂角和極限角的平均值 A代入上式，即n Ji (cosA-si)2 ,可求出棱 sin A鏡的折射率n。4 .實驗數(shù)據(jù)記錄 表3:極限角33441- ,59 08- ,239 10- 88 26- 268 30259 10，239 13J ，88 25268 273: ，59 09239 1288 23J，268 265 .實驗數(shù)據(jù)處理5.1 極限角分光計的B類誤差:_ 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結果報道: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結果報道：n 1.5213 0.0006(三)觀測布魯斯特角的同時測定玻璃的折射率1 .實驗儀器與用具觀察布魯斯特角裝置，玻璃三棱鏡，氮-式激光器。2 .實驗原理根據(jù)布魯斯特定律n tan ,可通過測量布魯斯特角來測量玻璃折射率n3 .實驗內(nèi)容(1)如圖，在起偏器Pi后，插入測布魯斯特角裝置，再在Pi和裝置之間插入一個帶小孔的光屏。調節(jié)玻璃平板，使反射光束與入射光束重合。記下初始角1(2) 一面轉動玻璃平板，一面同時轉動起偏器P1,使其透過方向在入射P2I :激光器n ：起偏器 m：帶小孔光屏W：玻璃三棱鏡面內(nèi)。反復調節(jié)直到反射光消失為止，此時記下玻璃平板的角度 三次，求平均值，算出布魯斯特角4.實驗數(shù)據(jù)記錄直吼角度1210,5720,二 ，57 3030,585.實驗數(shù)據(jù)處理5.1.玻璃的布魯斯特角讀數(shù)盤產(chǎn)生的B類誤差:Ub: r 0