物理實(shí)驗(yàn)方案--玻璃折射率的測定

1、個(gè)人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)6 / 5玻璃折射率的測定一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：測定玻璃折射率二、要求：實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真查閱資料，要求設(shè)計(jì)6種以上測量方法，畫出相應(yīng)的原理圖，寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。三、實(shí)驗(yàn)方案作圖法測玻璃的折射率插針法”測玻璃的折射率是中等物理教學(xué)中傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，由于大頭針有一定粗細(xì)，在不太長的距離內(nèi)其粗細(xì)無法忽略，加之插針時(shí)由于木板或桌面較硬，難以保證針與紙面垂直，常常產(chǎn)生針位偏移，這將直接影響觀測的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大。資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途 受教學(xué)參考讀物的啟示，現(xiàn)提出作圖法供參考。實(shí)驗(yàn)器材玻璃磚、三角板、圓規(guī)、鉛筆、白紙。實(shí)驗(yàn)步驟1.在白紙上畫直線口,作入射界面，如圖i所示，過

2、a/上的一點(diǎn)0作界面的法線NN1,并畫有向線段 工0作入射線，則一二 為入射角； 2 .將玻璃磚放在紙上，使其一邊與界面 斗"重合，再在玻璃磚另一側(cè)放一三角板，使三角板的一個(gè)角 B緊靠玻璃磚的另一界面 bb1,透過三角板的PB邊觀察入射線A0,并調(diào)整三角板位置使 產(chǎn)3邊與幺0線起來成一條直線，如圖i所示，用鉛筆尖記下角B的頂點(diǎn)位置S,移走玻璃磚作有向線段 0B,即。3 為40在玻璃磚中的折射線， MB 折射角，如圖2 所示：資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途.3.以。為圓心，單位長為半徑，用圓規(guī)作單位圓交 力。的延長線于C, _口, 外口、 用三角板過C作na的垂線交08于口，如圖3所示

3、，則0D長度就是 白 史建才 三二：，密.玻璃的折射率的數(shù)值。資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析OEIOC OD= sm I sin r = 一 一 =OE/OD OC ,又 OC=r = 1, "00。作圖法所用材料學(xué)生可自備，學(xué)校僅提供玻璃磚即可，對基層學(xué)?？稍诮淌抑型瓿蓪?shí)驗(yàn)，又 可免去查表與計(jì)算。插針法實(shí)驗(yàn)原理：光線射向底面平行的玻璃磚后將在玻璃磚內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而出射光線與入射光線平行。由插針法可以確定入射光線與出射光線的路徑，而由光線在玻璃磚底面上的入射點(diǎn)和出射點(diǎn)可以確定光線在玻璃科內(nèi)的傳播路徑，從而能測出光線射向玻璃磚的入射角i和在玻璃磚內(nèi)的折射角i',由n

4、=sini/sini'即能求出玻璃的折射率。個(gè)人收集整理 勿做商業(yè)用途實(shí)驗(yàn)儀器：玻璃磚（J2506型），鋼直尺，大頭針，量角器或圓規(guī)，圖板，圖釘或透明膠帶，白紙或坐標(biāo) 紙。實(shí)驗(yàn)步驟：1 .插針將一張八開的白紙或坐標(biāo)統(tǒng)，平鋪在繪圖板上，用圖釘或透明膠帶固定，玻璃磚平放在紙中央。取一枚大頭針，緊貼玻璃磚上底面 AE的中點(diǎn)附近，垂直插牢在圖板上。插針點(diǎn)為。點(diǎn)，取第二枚大頭針，垂直插在。點(diǎn)左上方的Q點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)者的眼睛在玻璃磚下底面CD的下方，沿水平方向透過玻璃磚觀察插在。點(diǎn)處的大頭針，移動觀察位置，使兩枚大頭針位于一直線上。 然后在 玻璃磚下底面CD的下方，沿著OO的方向再在點(diǎn) Q、Q處插兩枚大

5、頭 針，觀察者應(yīng)看到插在 O、Q Q、Q的四枚大頭針在一直線上。 個(gè)人收 集整理勿做商業(yè)用途拔下大頭針，標(biāo)好插針點(diǎn)Q、。Q、Q。筆尖貼緊玻璃磚畫下它的輪廓線 AECD如圖5. 1 1所示。個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途 2.作圖取走玻璃磚，連直線Q。OO,延長QQ交DC邊干O',連OO。 過點(diǎn)O作AE的垂線NN ,則QO為入射光線，OO為折射光線，OM 法線，/ QON為入射角i , / O' ON為折射角i ',如圖 示。個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途3.測量計(jì)算根據(jù)圖5. 1-2,有兩種計(jì)算折射率的方法。(1)用量角器在圖5.1 2上量出入射角i及折射角i ', 代入折

6、射定律公式 n= sini /sini '計(jì)算出折射率n。個(gè) 人收集整理勿做商業(yè)用途(2)如圖5. 1 2所示，延長OO ,以。為圓心，R(大5. 12 所于100毫米)為半徑作圓，分別與入射光線OO交于P,與折射光線 OO的延長線交于 P'。過PP'彳NN的垂 線，垂足分別為 BB',剛 sini = PB/Rsini ' = P' B'PB及P' B',代入上式即可計(jì)算出折射率。/Rn= sini /sini ' = PB/P' B'用鋼直尺測出做商業(yè)用途讀數(shù)顯微鏡法實(shí)驗(yàn)原理:當(dāng)我們在空氣中觀察

7、水中的物體時(shí)，由于光線的折射，物體的像的位置會比物體的實(shí)際位置高，我們 簡單地說物體的位置升高。同樣在空氣中觀察玻璃中 某物時(shí)，其位置也會升高，如圖 5. 22所示。在厚 度為d折射率為n的玻璃下底面上有一點(diǎn)P,在空氣中沿著QO'的方向觀察時(shí)，P點(diǎn)的位置在P',升高 了 h,根據(jù)折射定律nsini /sini '。從圖中可知，sin i=OO'/O'P,sin i=OO'/O'P',所以 n=sin I /sin i=O'P/O'P'.當(dāng)觀察者從 M方向垂直觀察時(shí)，入射角i ' 及折射角i '

8、;均很小，O' P接近OP,O' P'接近OP , 則n=OP/OP'=d/(d-h).測出玻璃磚厚度 d,用讀數(shù)顯微 鏡測出點(diǎn)P升高的高度h,折射率n可按上式求得。個(gè) 人收集整理勿做商業(yè)用途個(gè)人收集整理勿實(shí)驗(yàn)儀器：玻璃磚(J2506型)，立式讀數(shù)顯微鏡，游標(biāo)卡尺，白紙。實(shí)驗(yàn)步驟:1 .在白紙上寫一個(gè)筆劃較多的小中文字，例如“鏡”字，放在顯微鏡的載物臺上，仔細(xì)調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪，在顯微鏡中清晰地看到“鏡"字，在游標(biāo)尺上讀出刻度值X0O個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途2 .把J2506型玻璃磚蓋在“鏡”字上，此時(shí)顯微鏡中看不到“鏡”字。轉(zhuǎn)動調(diào)焦手輪，使顯微鏡鏡筒上升，

9、直至能清晰地看到“鏡”字，記下刻度值x,顯微鏡鏡筒上升的距離h= xo-xo個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途3.用游際卡尺測出玻璃磚的厚度d,代入公式n=d/（d-h）,計(jì)算折射率n。重復(fù)三次求出平均值。讀數(shù)顯微鏡法測定玻璃磚的折射率參考資料先在燒杯底貼上有字的紙，再倒入適量的水。在讀數(shù)顯微鏡的游標(biāo)尺上讀出相應(yīng)的刻度值xo和x,測出水的深度d,即可算出水的折射率。個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途在沒有讀數(shù)顯微鏡的地方，可以用下面的方法測量。.A +6min從一定距離外看與眼睛在同一直線上的兩個(gè)物體（如火柴棍），如這兩個(gè)物si0 -2 一 體不n -在同一位置，則移動眼睛的位置會感到兩物體的相對位置在變化，這種

10、由于眼. A 睛位sin置的變化而引起物體相對位置的變化叫視差；如果兩物體在同一位置，則無論2 眼睛怎樣移動均看不出物體的相對位置有什么變化，這時(shí)稱兩物體間無視差。個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途最小偏向角法丹棱鏡玻璃的折射率，可用測定最小偏向角的方法求得。如圖A1所示，MBC是三棱鏡的主截面，波長為 £的光線以入射角ii投/ 射到棱鏡的AB面上，經(jīng)AB和AC兩個(gè)面折射后以11角從AC面/ -1 一 "Y出射，出射光線與入射光線的夾角5稱為偏向角。S的大小隨入射/ 1Y.角ii而改變?？梢宰C明，在入射線和出射線處于光路對稱的情況P iPX'ii' 下，即ii =il

11、'時(shí)，偏向角有極小值a min ,稱為棱鏡的最小偏向角。/、工它與棱鏡的頂角A和折射率n之間有如下關(guān)系：個(gè)人收集整理勿做商B L' C業(yè)用途圖1（1）因此，只要測得 A和6min就可用上式求得待測棱鏡材料的折 射率。測定最小偏向角的方法：1 .調(diào)節(jié)分光計(jì)到使用狀態(tài)，即調(diào)節(jié)三棱鏡的主載面與分光計(jì)主軸垂直2 .測定最小偏向角 Bmin。用汞燈照亮平行光管狹縫，使平行光管出射平行光，將載物臺與游標(biāo)盤固定在一起，望遠(yuǎn)鏡與刻度盤固定在一起。轉(zhuǎn)動載物臺和望遠(yuǎn)鏡，使平行光管、三棱鏡、望遠(yuǎn)鏡處于圖2所示的位置，此時(shí)可在望遠(yuǎn)鏡中觀察到汞燈經(jīng)棱鏡 AB和AC面折射后形成的彩色光譜（即按不同波長依次

12、排列的狹縫的單色像）。個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)其中的某一條譜線（如綠色譜線，九=546.1nm），慢慢轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，以改變?nèi)肷浣前?，使綠色譜線往偏向角減小的方向移動，同時(shí)轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡跟蹤譜線，直到載物臺繼續(xù)沿原方向轉(zhuǎn)動時(shí)，綠色 譜線不再向前移動卻反而向相反方向移動（偏向角反而增大）為止。這條譜線移動的反向轉(zhuǎn)折位置就是棱 鏡對該譜線的最小偏向角的位置。固定載物臺和游標(biāo)盤，然后將望遠(yuǎn)鏡的叉絲豎線對準(zhǔn)綠色譜線的中間，記下兩游標(biāo)的讀數(shù) 4、°2。保持個(gè)人收集整理 勿做商業(yè)用途圖2載物臺不動，取下三棱鏡，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡直接對準(zhǔn)平行光管，使叉絲豎線對準(zhǔn)狹縫中心，記下此時(shí)兩游標(biāo)的 讀數(shù)力、12

13、 ,則min 口； 一& *(2)2即為綠色譜線所對應(yīng)的最小偏向角。若已知三棱鏡的頂角 A=60.00 °,將每min值代人式（1）就可求得棱鏡材料對該波長的折射率。阿貝折射儀法實(shí)驗(yàn)原理：應(yīng)用阿貝折射儀測量物質(zhì)的折射率的方法是建立在全反射原理基礎(chǔ)上的掠入射法。如圖1所示。光由折射率為n的介質(zhì)射入折射率為N的介質(zhì)時(shí)，由折射定律知，入射角i與折射角r有以下關(guān)系： Nsini=Nsinr（1）如果nv N,即光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)，折射光靠近法線，亦即rvi。入射角可取由0°到90°的任何一數(shù)值，由式（1）折射角亦具有對應(yīng)的某個(gè)數(shù)值。當(dāng)入射角達(dá)最大值i=90

14、°時(shí)，折射角達(dá)最大值 尸r。c此時(shí)的入光線稱掠射光線，對應(yīng)的折射角稱為折射臨界角或又稱全反射角，以此代入（1）式得nsin90=Nsin rc;n=N=sin rc個(gè)人收集整理 勿做商業(yè)用途（2）已知N值，則測出折射臨界角即可算出待測介質(zhì)的折射率no（六）掠入法儀器阿貝折射、鈉光燈、水及被液體原理1、掠入射法:將折射率為n的待測物質(zhì)放在已知折射率為 m的直角棱鏡的折射成AB上，且n<m。若以單色光源照射分界成AB時(shí)，則從圖1可以看出：入射角為九/2的光線I將掠射到AB界面而當(dāng)光線I射到AC面，再紅折射而進(jìn)入空氣時(shí)，設(shè)在 AC成上的入射角為巾，折射角為小，折射進(jìn)入三棱鏡內(nèi)。顯然，其折射角 滿足關(guān)系式個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途ic應(yīng)為臨界角,因而(D圖1掠入附送原理示意則有sin伊二小汕則除掠入射光線I外，其他光線例如光線II在AB面上的入射角均小于九/2,因此紅三棱鏡折 射最后進(jìn)入空氣時(shí)，都在光線I,的左側(cè)。當(dāng)用望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)出射光方向觀察時(shí)，視場中將看到 以光線I '為分界線的明暗半蔭視場，如圖 1所示。個(gè)人收集整理勿做商業(yè)用途由圖2可以看出，當(dāng)三棱鏡的棱鏡角 A大于角I