物理与能源学院光学实验报告
专业物理学学号报告成绩
实验题目透明介质布儒斯特角的测定
【实验目的】
1、掌握布儒斯特角测量原理及实验设计思路；
2、利用PASCO数字实验教学系统测量布儒斯特角；
3、了解布儒斯特角在测量介质折射率中的应用；
【实验仪器】(名称、规格或型号)
PASCO数字系统、HE-NE激光器、转动传感器、计算机、光学导轨、度盘台、偏振器（两个），准直缝、D形棱镜
【实验原理】
一．PASCO数字系统简介
物理量计算机采集实验过程示意图
⑵Science Workshop简介
Science Workshop由三部分组成：
传感器—利用先进的传感技术可实时采集物理实验中各物理量的数据；
计算机接口—将来自传感器的数据信号输入计算机
软件—具有强大的数据显示、分析功能
⑶Science Workshop接口
PASCO计算机接口有500型、750型两种，如下图所示
500型接口的主要性能有:
①数据采集：Science Workshop接口可以直接把采集的数据输入计算机，也可以只用接口和传感器进行数据采集即在无计算机情况下，用500型接口在户外采集数据，然后再接上计算机进行数据分析。其界面上有A、B、C三个模拟信号通道和1、2两个数字信号通道，可以同步记录模拟和数字信号，采样频率在10Hz 和2000Hz之间可调。
②50KB缓存：用于存储运行的数据和实验设置的信息。可记录多达17000个模拟数据点或者7000个运动传感器的数据点
③便携式：带有一个可装4节五号电池的电池室，Science Workshop500型接口可在实验室以外的任何地方进行数据采集。
750型接口的主要性能有:
①数据采集：与500型接口相比，其界面上除了有A、B、C三个模拟信号通道外，数字信号通道有4个通道，采样频率最高可达250000Hz.
②置式1.5W信号发生器：可得到0~50Hz、1.5W(30mA)的信号输出，输出的电
流和电压可以通过750接口进行部监控。
③先进的电路：存和场编程控制阵列系统(FPGA);双端口存（RAM）可直接进行存取（DAM）,有高灵敏SCSI终端。
⑷PACCO传感器
①光传感器
光传感器是用来测量光强的，典型的应用有：测量光的相对强度、光强与距离的关系、光的干涉与衍射及光的偏振的实验。其测量的波长围是320~1100nm，可测量光强最高为500lx，电压输出0~5V。
②转动传感器
转动传感器常用来测量位置和转动。主要应用在角动量守恒，质点、盘和环的转动惯量研究，简谐振动研究等实验中。它擅长测量以0.055mm的灵敏度来测量的线性位置及0.25°的灵敏度来测量的转动动作。其上有一组三级的滑轮，直径分别是10mm、29mm、48mm，配合一个PASCO滑轮设备可完成扭矩实验。
⑸DataStudio软件简介及使用步骤
点击计算机桌面上的DataStudio软件
①进入如下界面
②点击“创建实验”，之后点击“请选择接口”出现如下对话框
③选择500型接口后出现如下对话框
④点击图示Science Workshop 最左端的接口（A通道），会出现如下对话框
⑤在上面的对话框中选择“光传感器”，之后出现如下对话框
⑥在上面对话框中，设置合适的测量单位与采样率，此处测量单位为“光强”,采样方式为“手动采样”.
⑦再点击通道1，插入“转动传感器”，选择测量量为“角度”，设置采样方式为“手动采样”。
⑧拖动步骤⑤对话框左上侧的“光强，通道A”到对话框左下侧的“图标”处，界面边出现一个二维坐标图。
⑨点击二维坐标图的横坐标，将其坐标单位修改为“位置，通道1和通道2”.
二．布儒斯特角测量原理
1、布儒斯特角
当非偏振光在非传导介质（如透明玻璃）表面反射和折射时，使反射光和透射光都会发生偏振，它们的偏振状态取决于光的入射角及反射物质的性质。一般情况下，光线斜入射非传导介质表面时，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电矢量分量较强，透射光平行于入射面的电矢量分量较强。但是，当入射角为一个特殊值时，反射光会完全偏振，即反射光为平面偏振光，且其电矢量的振动方向垂直于入射面，该特殊的角度为布儒斯特角。当入射角以布儒斯特角入射两介质表面时，反射光和折射光成90°。
根据菲涅尔定律
2211sin sin θθn n =
式中，21n n 、分别为介质1介质2的折射率，21θθ、分别为入射角和折射角。
当入射角1θ等于布儒斯特角p θ如图所示，则上式变为
221sin sin θθn n p =
由于此时反射光和折射光成90°，即o p 902=+θθ，则
p p n n θθcos sin 21=
即
12tan n n p =θ 该式所表示的关系称为布儒斯特定律，由上式发现，若已知介质1的折射率，只需找到对于介质2的布儒斯特角，便可求出介质2的折射率。
2、实验光路示意图
光以布儒斯特角入射两个介质表面时，反射光为电矢量的振动方向垂直于入射面的平面偏振光，因此，让反射光经过一个偏振器，检偏器的偏振方向垂直于入射光的偏振方向，透射光的强度为零，则对应的入射角为布儒斯特角。实验光路示意图如图所示，改变不同入射角，测量经偏振器后的对应的反射光的强度，做出偏振光光强随入射角的变化关系图，可以确定光强最小时的入射角，即布儒斯特角。利用布儒斯特角可以简单地测量晶体的折射率。
【实验步骤】
实验装置如图所示：
1.按照如上图所示的实验装置图在光学导轨上依次摆放各个实验仪器。从左到右依次是：激光器、2个偏振片、准直狭缝、分光角盘（带有支臂用来固定光传感器）、D形棱镜（放置在分光角盘上）、转动传感器(固定分光臂，用来测量不同角度的光强)
