玻璃折射率的测定
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测定玻璃的折射率知识元测定玻璃的折射率知识讲解一、实验目的测定玻璃的折射率.二、实验原理折射率公式n=.三、实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔.四、实验步骤1.把白纸用图钉钉在木板上.2.在白纸上画一条直线aa′作为界面,画一条线段AO作为入射光线,并过O点画出界面aa′的法线NN′.3.把长方形的玻璃砖放在白纸上,使它的一条边跟aa′对齐,并画出玻璃砖的另一个长边bb′.4.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.5.在玻璃砖的bb′一侧竖直地插上大头针P3,用眼睛观察调整视线要使P3能同时挡住P1和P2的像.6.同样地在玻璃砖的bb′一侧再竖直地插上大头针P4,使P4能挡住P3本身和P1、P2的像.7.记下P3、P4的位置,移去玻璃砖和大头针,过P3、P4画直线O′B与bb′交于O′点,连接OO′,OO′就是玻璃砖内的折射光线的方向,入射角θ1=∠AON,折射角θ2=∠O′ON′.8.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的度数.9.从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值,记入自己设计的表格里.10.用上面的方法分别作出入射角是30°、45°、60°时的折射角,查出入射角和折射角的正弦值,把这些数据也记在表格里.11.算出不同入射角时的值,比较一下,看它们是否接近一个常数,求出几次实验中所测的平均值,这就是玻璃的折射率.12.也可用如下方法求折射率n.用圆规以O为圆心,任意长为半径画圆,交入射线于P点,交折射线于Q点;过P作法线的垂线,交于N,过Q作法线的垂线,交于N′;用刻度尺分别测出PN和QN′之长,则n=.五、注意事项1.用手拿玻璃砖时,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不能触摸光洁的光学面.严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的两个边aa′、bb′.2.实验过程中,玻璃砖在纸上的位置不可移动.3.大头针应竖直地插在白纸上,且玻璃砖每一侧的两枚大头针P1和P2间、P3和P4间的距离应尽量大一些,以减少确定光路方向时造成的误差.4.实验时入射角不宜过小,否则会使入射角和折射角的值偏小,增大测量误差;入射角也不宜过大,否则在bb′一侧要么看不到P1、P2的虚像,要么看到P1、P2的像模糊不清,并且变粗,不便于插大头针P3、P4.例题精讲测定玻璃的折射率例1.某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖,大头针,刻度尺,圆规,笔,白纸。
一 用最小偏向角法测棱镜玻璃折射率【实验目的】1.进一步熟悉分光计调节方法;2.掌握三棱镜顶角,最小偏向角的测量方法。
【实验仪器】JJY 型分光计、低压钠灯、平面反射镜、等边三棱镜。
【实验原理】一束平行的单色光,从三棱镜的一个光学面(AB 面)入射,经折射后由另一光学面(AC 面)射出,如图5.11.1所示。
入射光和AB 面法线的夹角i 称为入射角,出射光和AC 面法线的夹角i '称为出射角,入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。
可以证明,当入射角i 等于出射角i '时,入射光和反射光之间的夹角δ最小,称为最小偏向角m in δ。
由图5.11.1可知)''()(r i r i -+-=δ,当'i i =时,由折射定律有'r r =,得)(2min r i -=δ(5.11.1)又因A A G r r r =-π-π=-π==+)(2'所以 =r 2A(5.11.2)由式(5.11.1)和式(5.11.2)得2minδ+=A i 由折射定律有2sin2sinsin sin minA A rin δ+==(5.11.3) 由式(5.11.3)可知,只要测出最小偏向角min δ(顶角已知),就可以计算出棱镜玻璃对该波长的折射率。
图5.11.2 测最小偏向角示意图①②图5.11.1【实验内容】1.正确调整分光计,使其满足实验要求(参阅§3.9) 2.测定玻璃三棱镜对钠光黄光的最小偏向角如图5.11.2所示,旋载物台,使一光学面AC 与平行光管入射方向基本上垂直。
当一束钠黄单色光从平行光管发出平行光射向三棱镜AB 光学面,经过三棱镜AC 光学面折射出来,望远镜从毛面BC 底边出发,沿着逆时针旋转,会看到清晰的狭缝像,说明找到折射光路。
此时转动小平台连同棱镜,观察狭缝像运动状态,如果向右移动,偏向角δ变小。
再转小平台狭缝像会走到一定位置转折,使δ偏大,此转折点即为该光谱线的最小偏向角位置,把望远镜对准这个转折点,记录下来,为m in T 、min 'T 。
实验报告测量玻璃折射率一、引言折射率是光线通过介质时发生折射的程度,是介质的一个重要光学性质。
本实验旨在通过测量玻璃的折射率,探究不同光线在不同介质中的传播规律,加深对光学的理解。
二、实验原理1.斯涅尔定律:当光线从一介质射向另一介质时,入射角i、折射角r和两个介质的折射率n1、n2之间有以下关系:n1sin(i) = n2sin(r)2.光程差:光线从空气进入玻璃,两束光线的光程差为:光程差δ=n1*BC+n2*AC3.中心黑环法测量:在测量折射率时,可以利用中心黑环法来测量不同颜色光线通过玻璃的光程差。
对称位置上可以形成环状的圆环,在灯光中观察两个相对的黑环,通过计算得到半径差,再根据光程差的公式计算出折射率。
三、实验步骤1.准备实验仪器:透镜架、白炽灯、屏,挠性导光管;2.将挠性导光管固定在透镜架上,使其与光轴平行;3.调节挠性导光管与透镜之间的距离,使挠性导光管上的圆环清晰可见;4.使用滤光片筛选出不同的颜色光线,使其通过挠性导光管到达透镜;5.观察两个相对的黑环,调节屏与透镜的距离,使黑环清晰;6.记下黑环对应的半径差,再测量出透镜与屏的距离AC和透镜与源之间的距离BC;7.记录各组数据,并计算出不同颜色光线对应的折射率。
四、实验数据颜色光线黑环半径差 R(mm)透镜到屏的距离 AC (mm)透镜到源的距离 BC (mm) 平均折射率 n红色7.8 189 1051.52黄色10.5 191 1041.61蓝色15.3 195 1091.69五、误差分析1.仪器本身存在一定的测量误差,如液晶模式准直器的度盘划度不精确等。
2.实验操作的误差,如对两个黑环的边缘判断不准确等。
3.折射率的实验值与参考值可能存在一定偏差。
六、结论通过本次实验,我们测量了不同颜色光线通过玻璃时的折射率,并得到如下结论:1.不同颜色光线的折射率不同,红光拥有较小的折射率,黄光次之,蓝光最大。
2.实验测量的折射率值与理论值存在一定误差,这可能是由于实验仪器的精度以及操作误差等因素导致的。
实验十四 测定玻璃的折射率一、实验目的测定玻璃的折射率二、实验原理如图1所示,abb ′a ′为两面平行的玻璃砖,光线的入射角为θ1,折射角为θ2,根据n =sin θ1sin θ2可以计算出玻璃的折射率.图1三、实验器材木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔.四、实验步骤1.用图钉把白纸固定在木板上.2.在白纸上画一条直线aa ′,并取aa ′上的一点O 为入射点,作过O 的法线NN ′.3.画出线段AO 作为入射光线,并在AO 上插上P 1、P 2两根大头针.4.在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa ′对齐,并画出另一条长边的对齐线bb ′.5.眼睛在bb ′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使P 1的像被P 2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P 3,使P 3挡住P 1、P 2的像,再插上P 4,使P 4挡住P 3和P 1、P 2的像.6.移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P 3、P 4的针孔位置确定出射光线O ′B 及出射点O ′,连接O 、O ′得线段OO ′.7.用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.8.改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的sin θ1sin θ2,并取平均值. 五、误差分析1.入射光线和折射光线确定的不准确性.2.测量入射角和折射角时的误差.六、注意事项1.玻璃砖应选用厚度、宽度较大的.2.大头针应竖直地插在白纸上,且间隔要大些.图2图33.实验时入射角不宜过大或过小,一般在15°~75°之间.4.玻璃砖的折射面要画准,不能用玻璃砖界面代替直尺画界线.5.实验过程中,玻璃砖和白纸的相对位置不能改变.记忆口诀白纸上面画边缘,然后才放玻璃砖;两针决定入射光,再插一针挡两像;两针两像成一线,去砖画图是重点;入射线,折射线,做出法线角出现;入射角,折射角,不大不小是最好;拿砖要触毛玻面,插针竖直做实验.例1 一块玻璃砖有两个相互平行的表面,其中一个表面是镀银的(光线不能通过此表面).现要测定此玻璃砖的折射率,给定的器材还有:白纸、铅笔、大头针4枚(P 1、P 2、P 3、P 4)、带有刻度的直角三角板、量角器.实验时,先将玻璃砖放到白纸上,使上述两个相 互平行的表面与纸面垂直.在纸面上画出直线aa ′和bb ′,aa ′表示镀银的玻璃表面,bb ′表示另一表面,如图2所示.然后,在白纸上竖直插上两枚大头针P 1、P 2.用P 1、P 2的连线表示入射光线.(1)为了测量折射率,应如何正确使用大头针P 3、P 4?试在题图中标出P 3、P 4的位置.(2)然后,移去玻璃砖与大头针.试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤.(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式n =________.例2 实验室有一块长方体透明介质,截面如图3中ABCD 所示.AB 的长度为l 1,AD 的长度为l 2,且AB 和AD 边透光,而BC和CD 边不透光且射到这两个边的光线均被全部吸收.现让一平行光束以入射角θ1射到AB 面,经折射后AD 面上有光线射出.甲、乙两同学分别用不同的方法测量该长方体介质的折射率.(1)甲同学的做法是:保持射到AB 面上光线的入射角θ1不变,用一遮光板由A 点沿AB 缓慢推进,遮光板前端推到P 时,AD 面上恰好无光线射出,测得AP 的长度为l 3,则长方体介质的折射率可表示为n =__________;图4图5(2)乙同学的做法是:缓慢调节射到AB 面上光线的入射角,使AD 面也恰好无光线射出.测得此时射到AB 面上光线的入射角为θ2,则长方体介质的折射率可表示为n =____________;(3)θ1和θ2的关系为:θ1______θ2(填“>”、“<”或“=”).例3 学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,如图4所示.在一圆盘上,过其圆心O 作两条互相垂直的直径BC 、EF ,在半径OA 上,垂直盘面插下两枚大头针P 1、P 2,并保持P 1、P 2位置不变,每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入 液体中,而且总使得液面与直径BC 相平,EF 作为界面的法线,而后在图中右上方区域 观察P 1、P 2的像,并在圆周上插上大头针P 3,使P 3正好挡住P 1、P 2的像,同学们通过 计算,预先在圆周EC 部分刻好了折射率的值,这样只要根据P 3所插的位置,就可直接 读出液体折射率的值,则:(1)若∠AOF =30°,OP 3与OC 的夹角为30°,则P 3处所对应的折射率的值为________.(2)图中P 3、P 4两位置哪一处所对应的折射率的值大?答:________________________________________________________________________.(3)作AO 的延长线交圆周于K ,K 处所对应的折射率值应为________.1.关于“测定玻璃的折射率”的实验中,下列说法中不正确的是 ( )A .有一组入射角(θ1≠0)和折射角,便可以得出玻璃的折射率B .在本实验中采用玻璃砖,这是因为只有玻璃砖才能测出玻璃的折射率C .本实验的各项步骤,都是为了找到给定的入射角的折射角而设计的D .棱镜、半圆形玻璃砖等都可以用来测定玻璃的折射率2.用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中,已画好玻璃砖界面aa ′和bb ′,若不慎将玻璃砖向上平移了一些,放在图5所示的位置上,而实验中其他操作均正确,则测得的折射率将 ( ) A .偏大 B .偏小 C .不变 D .无法确定3.在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa ′、bb ′与玻璃砖位置的关系分别如图6①、②和③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确,且均以aa ′、bb ′为界面画图7图8 图9光路图,则图 6甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”). 乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”). 丙同学测得的折射率与真实值相比________.4.如图7所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率,在平铺的白纸上垂直纸面插上大头针P 1、P 2确定入射光线,并让入射光线过圆心O ,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P 3,使P 3挡住P 1、P 2的像,连接OP 3.图中MN 为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,B 、C 分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB 、CD 均垂直于法线并分别交法线于A 、D 点. (1)设AB 的长度为l 1,AO 的长度为l 2,CD 的长度为l 3,DO 的长度为l 4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量______,则玻璃砖的折射率可表示为____________.(2)该同学在插大头针P 3前不小心将玻璃砖以O 为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”).5.用三棱镜做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插入两枚大头针P 1和P 2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P 1的像被P 2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P 3、P 4,使P 3挡住P 1、P 2的像,P 4挡住P 3和P 1、P 2的像,在纸上标出的大头针的位置和三棱镜轮廓如图8所示.(1)在本题的图上画出所需的光路.(2)为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是________,________,在图上标出它们.(3)计算折射率的公式是n =________.6. 用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P 1、P 2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P 1的像被P 2的像挡住.接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3及P1和P2的像.在纸上已标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图9所示(O为两圆弧圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线)(1)在图上补画出所需的光路.(2)为了测出玻璃砖的折射率,需要测量入射角θ1和折射角θ2,请在图中标出这两个角.(3)用所测物理量计算折射率的公式是n=____________.(4)为了保证在弧面CD得到出射光线,实验过程中,光线在弧面AB的入射角应尽量________(“小一些”或“无所谓”或“大一些”).答案课堂探究例1 (1)、(2)见解析 (3)sin θ1sin θ2 例2 (1)l 22+l 23 sin θ1l 3(2)1+sin 2θ2 (3)>例3 (1) 3 (2)P 4对应的折射率的值大(3)1随堂训练1.B2.C [经过玻璃砖的光路如图中实线所示,由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线,如图中虚线所示,由几何知识可知,测出 的折射角与真实的折射角相同.]3.偏小 不变 可能偏大,可能偏小,也可能不变4.(1)l 1和l 3l 1l 3(2)偏大 5.见解析解析 (1)光路图如图所示,画出通过P 1、P 2的入射光线,交AC 面于O ,画出通过P 3、P 4的出射光线交AB 面于O ′,连接OO ′,则光线OO ′就是入射光线P 1P 2在三棱镜中的折射光线.(2)在所画的图上注明入射角θ1和折射角θ2,并画出虚线部分,用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF 、OE 、GH 、OG 的长度).(3)n =sin θ1sin θ2(或因为sin θ1=EF OE ,sin θ2=GH OG ,则n =EF /OE GH /OG =EF ·OG OE ·GH). 6.(1)、(2)见解析 (3)sin θ1sin θ2(4)小一些 解析 (1)光路图如图所示.(2)入射角θ1和折射角θ2如图中所示。
玻璃折射率测定
简介
玻璃折射率(也称为折射系数)是指光线从真空或空气中进入玻璃时的折射程度。
准确测定玻璃折射率对于材料科学和光学应用至关重要。
本文档介绍了一种常用的测定玻璃折射率的实验方法。
实验步骤
1. 准备材料和设备:
- 玻璃样品
- 光源(例如激光器或白光源)
- 精密角度测量仪器
- 直尺和标尺
2. 设置实验装置:
- 将玻璃样品固定在一个支架上,并确保其表面是平整的
- 将光源置于一定距离内,并确保光线垂直入射玻璃
- 在玻璃旁边放置一个角度测量仪器,用于测量入射和出射角度
3. 测量入射和出射角度:
- 将角度测量仪器的指针对准光线的入射和出射点,并记录两者的角度
4. 进行计算:
- 根据测得的入射和出射角度,使用折射率的定义公式计算玻璃的折射率
- 重复以上步骤多次,取平均值以提高准确性
5. 分析结果:
- 将测得的折射率与已知玻璃折射率进行比较,评估实验的准确性和可靠性
注意事项
- 在实验中要确保使用合适的光源和角度测量仪器,以获得准确的测量结果。
- 实验过程中要小心操作,避免损坏玻璃样品或设备。
- 测量过程中要尽量避免外界因素的干扰,如空气湿度和环境温度的变化。
结论
测定玻璃折射率是一项重要的实验,通过使用适当的材料和设备,结合准确的测量方法,可以得出较为准确的结果。
这些实验结果对于光学应用和材料科学具有重要的参考价值。
玻璃折射率的测定-物理实验报告玻璃折射率的测定物理实验报告一、实验目的1、掌握用插针法测定玻璃折射率的方法。
2、加深对折射率概念的理解。
二、实验原理当光线从空气射入玻璃时,入射角i 与折射角r 之间满足折射定律:n = sin i / sin r ,其中 n 为玻璃的折射率。
通过测量入射角和折射角,就可以计算出玻璃的折射率。
三、实验器材一块长方形玻璃砖、白纸、大头针四枚、铅笔、直尺、量角器。
四、实验步骤1、将白纸平铺在水平桌面上,把玻璃砖平放在白纸上,用铅笔在玻璃砖的一侧画出边界线 AB。
2、在线段 AB 上间隔适当距离插上两枚大头针 P1 和 P2 。
3、眼睛在玻璃砖另一侧透过玻璃砖观察大头针 P1 和 P2 的像,调整视线方向,直到 P1 的像被 P2 的像挡住。
4、在眼睛这一侧再插上两枚大头针 P3 和 P4 ,使 P3 挡住 P1 和 P2 的像,P4 挡住 P3 及 P1 和 P2 的像。
5、移去玻璃砖,分别过 P3 和 P4 作直线与玻璃砖的边界线交于 O1 和 O2 两点,连接 O1O2 即为入射光线在玻璃砖内的折射光线。
6、用量角器测量入射角 i 和折射角 r 。
7、改变入射角,重复上述步骤多次,测量多组入射角和折射角的数据。
五、实验数据记录与处理|实验次数|入射角 i (度)|折射角 r (度)| sin i | sinr | n = sin i / sin r ||||||||| 1 | 30 | 18 | 050 | 031 | 161 || 2 | 40 | 25 | 064 | 042 | 152 || 3 | 50 | 30 | 077 | 050 | 154 || 4 | 60 | 35 | 087 | 057 | 153 || 5 | 70 | 40 | 094 | 064 | 147 |计算每次测量得到的折射率 n 的平均值:n =(161 + 152 + 154 + 153 + 147)/5 ≈ 153六、实验误差分析1、测量入射角和折射角时存在误差,可能是量角器的精度不够或者读数不准确。
玻璃折射率的测定(六种方案)方案一,读数显微镜法测定玻璃折射率测量原理:测量原理如图2所示:当从观察点观察透明玻璃下面的物P时,实际观察设t。
为物P经玻璃折射出射线与玻璃法线的夹角,t,为物到的是物P的像P1P光在玻璃中到达观察点与玻璃法线的夹角,D为玻璃的厚度,o为垂直于玻璃且通过物P的阿线到观察点的距离,儿为玻璃的折射率,n。
为空气折时率,根据折射律关系有:(1) 由图2关系得:将sinto和sintl的表达式代入式(1)得:当a趋于零时,也就是观察者从玻璃上方垂直观察物P时,则有关系式:(2)用读数显微镜测透明物质折射率时,调整光学系统到物屏的距离,使从目镜中清晰观察到物屏的图像时,记录光学系统所在的位置X。
;把待测一定厚度D的透明玻璃放在物屏与物镜之间,再次调整光学系统的位置,使得物屏的物光通过待测透明玻璃以及物镜,从目镜中再次清晰观察到物屏的图像,记录此时光学系统所么的位置义,。
被测物质的厚度D可以通过读数显微镜测量出来。
在正常温度和气压下,空气折射率‰为1.0002926,根据式(2)被测物质的折射率n为:实验仪器选择:实验装置由KF—JCD3读数显微镜、长物距物镜、可固定在物镜前的平面反射镜、钠光灯源、物屏(如图3)、长方形平板玻璃样品等组成。
为了提高测量者眼睛的反应灵敏度,将物屏光孔用三根毛发横粘在光孔上,如图3所示,当单色光保持一定角度照射到物屏时,从显微镜的目镜中能观察到毛发的边沿发亮,并且有衍射光斑,调整平面反射镜到物屏的距离,衍射光斑逐渐消除,衍射光研消除时,毛发边沿有一清晰亮线,灵敏度较高。
实验步骤:1 测玻璃厚度取长方形待测玻璃样晶,并竖放在读数显微镜的载物台上,转动读数显微镜的调焦轮,调整光学系统的上、下位置,使得从读数显微镜的目镜中,清晰观察到玻璃侧边图像,调整读数显微镜目镜中的十字叉丝竖线,使其与待测玻璃⋯侧边平行,并与渎数显微镜光学系统水平移动方l甸相垂直。
转动螺旋测微调节轮,水平移动光学系统,使目镜中的t字叉丝竖线与被测透明玻璃一侧边重合,记录螺旋测微系统上的主尺张副尺示值,即光学系统一侧所在的位置D:再转动螺旋测微调节轮,水平移动光学系统,使目镜中的十字叉丝竖线向被测玻璃样品一侧边移动,直至相重合,此时,记录光学系统另一侧所在的位置D,被测玻璃的厚度为D,测量数据记人表格1,重复上述操作6次。
2 测有待测样品和没有待测样品时的物镜位置差把读数显微镜的物镜换成长物距物镜,在物镜前安最一个平面反射镜,使平面反射镜与显微镜光简保持45。
夹角,如图1所示。
实验方法如下:在载物台上放置一个物屏,用钠光灯照亮物屏,转动读数显微镜的澜焦轮、螺旋测微调节轮以及平面反射镜,使得在转动螺旋测微调节轮时,所观察到物屏的像不会移动位置;把待测透明玻璃坚放在载物台上,且处于平面反射镜与物屏之间,转动螺旋测微调节轮,水平移动光学系统,记录从目镜中清晰观察到物屏像时,记录螺旋测微系统上的主尺和副尺指示,以表示光学系统物镜所在的位置,填入表格2,把待测透明玻璃从载物台上取下。
X接着转动螺旋测微调节轮,水平移动光学系统,从目镜中清晰观察到物屏像,时,记录螺旋测微系统上的主尺和副尺指示,以表示光学系统物镜所在的位置X0将其记入表格重复步骤(1)、(2)6次。
将实验数据代入公式(3)汁算待测材料的折射率。
3.3 数据处理与分析由表1计算平板玻璃厚度得:D =由表2计算得:X =将以上测量数据代入式(3)得:N =测量结果与标准值比较参考文献[1]杨宏汝.测量玻璃折射率的简单方法.物理实验,1993.方案二,最小偏向角法测定玻璃折射率实验原理:假设有一束单色平行光LD入射到棱镜上,经过两次折射后沿ER 方向射出,则入射光线LD与出射光线ER间的夹角称为偏向角,如图3所示。
• 图3最小偏向角的测定转动三棱镜,改变入射光对光学面AC的入射角,出射光线的方向ER也随之改变,即偏向角发生变化。
沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜,使偏向角逐渐减小;当转到某个位置时,若再继续沿此方向转动,偏向角又将逐渐增大,此位置时偏向角达到最小值,测出最小偏向角。
可以证明棱镜材料的折射率与顶角及最小偏向角的关系式为实验步骤:1,对分光计进行调节 2 顶角α的测量(1)自准直法如下图所示,用两游标来计量位置,分别称为游标1和游标2,旋紧刻度盘下螺钉是望远镜和刻度盘固定不动转动游标盘,是棱镜AC 面对望远镜,记下游标1的读数1θ和游标2的读数2θ。
转动游标盘,再试AB 面对望远镜,记下游标1的读数'1θ和游标2的读数'2θ。
游标两次读数之差21θθ-或者''21θθ-,就是载物台转过的角度,而且是α角的补角。
''21211802θθθθα︒-+-=-(2)棱脊分束法一束平行光由顶角方向射入,在两光学面上分成两束反射光。
测出两束反射光线之间的夹角,由几何角关系可得到顶角A 为221ϕϕ-=A 。
实验时,将待测棱镜放在分光计载物小平台上,使棱镜的折射棱正对平行光管,并接近载物台的中心位置,调节载物台面平面与分光计主轴垂直,锁紧载物台和游标盘,缓慢转动望远镜,用望远镜寻找经过棱镜两反射面反射回来的狭缝像,使狭缝像与分划板中心竖线重合。
记录下望远镜所处位置分别为Ⅰ和Ⅱ时的两刻度盘读数φ、φ 1'和φ2 、φ2 ',则望远镜分别处于Ⅰ和Ⅱ位置时光轴的夹角为:4)]()[('2'121ϕϕϕϕ-+-=A3,最小偏向角法测定玻璃折射率如下图,当光线以入射角1i 入射到三棱镜的AB 面上后相继经过棱镜两个光学面ABAC 折射后,以2i 角从AC 出射。
出射光线和入射光线的夹角δ称为偏向角。
对于给定三棱镜, 偏向角δ的数值随入射角1i 的变化而改变。
当入射角1i 为某值时(或者1i 与2i 相等时),偏向角δ将达到最小值0δ,0δ称为最小偏向角,由几何关系和折射定,可得它与棱镜的顶角A 和折射率n 之间有如下关系:2sin2sinA A n δ+=【1】A.将待测三棱镜放在载物平台,调节平台到适当的高度,使得从平行光管发出的平行光只有少部分能从三棱镜的上方射入望远镜;B.调节三棱镜的位置使得平行光管的平行光以一定的角度入射到棱镜的AB面;C.在AC面上调节望远镜使得可以接收并观察出射光线;D.缓慢双向调节三棱镜的位置以改变入射角的大小,当转到某一位置时,如果再往任意方向的微小转动都使得偏向角变大,那么这个位置的极限位置就是可以得到最小偏向角的三棱镜的位置,读出出射光线的方向角度;E.转动三棱镜,让入射平行光从另一面AC入射,在AB面接受出射光,重复上述步骤,读出入射光线的方向角度。
【2】在实际操作中,由于是实验者动手实施的,最小偏向角法的的极限位置即拐点的定位比较难把握,只要有稍微的不慎或者移动就会造成测出的最小偏向角偏大。
一、棱镜顶角的测定结合两种方法得出,三棱镜的顶角:①最小偏向角法测折射率由最小偏向角测折射率法得:折射率=+=2sin2sinA A n β方案三,掠入射法测定玻璃折射率实验原理:采用掠入射法测量棱镜折射率,如下图所示,用单色面扩展光源(钠光灯前加一块毛玻璃)照射到棱镜AB 面上。
当扩展光源出射的光线从各个方向射向AB 面时,以90°入射的光线1的内折射角最大为'2max i ,其出射角最小为'1min i ;入射角小于90°的,折射角必小于'2max i ,出射角必大于'1min i ;大于90°的入射光线不能进入棱镜。
这样,在AC 面用望远镜观察时,将出现半明半暗的视场(如下图所示)。
明暗视场的交线就是入射角为1i =90°的光线的出射方向。
由折射定律可知折射率2max1sin n i =,即2m a x 1s i n i n =,由几何知识可以得到:'2max 2i i A +=,即'22max i A i =-。
而'''1min 1min 1min'22max 2max2max sin sin sin sin sin()sin cos cos sin i i i n i A i A i A i ===-- '⇒'1min sin sin cos i A A = ⇒n =3】从此可以看出,只要测得'1min i 和顶角A 就可求得该三棱镜的折射率,而'1min i 就是入射角i=90°时明暗视场分界线方位与法线方位的夹角。
原来的掠入射法实验中明暗视场的分界线就是90°入射光线的出射线,但由于扩展光源辐射进棱镜的入射角度1i 具有一定的范围,因此在AC 出射面观察出射光时,可看到入射角满足1min 190i i <<°的入射光线产生的各种方向的出射光形成一个亮区;1i >90°的入射光线被毛面BC 面挡住不能进入棱镜而在出射面形成暗区;在1i <1min i 的区域由于没有光线进入棱镜,在出射面相应的区域形成暗区。
结果望远镜中出现的视场如图(a )所示,为一亮柱,存在着两条明暗分界线。
如果我们顺时针缓慢旋转载物台,随着入射光线角度的不断增大,如图(b )所示,能够进入到棱镜的光线不断减少;2线的入射角增大到约90°,一线的入射角大于90°;入射角大于2线的其他光线,由于角度不断增大且大于90°,因此被BC 面挡住不能进入棱镜;角度小于2线的光线,其入射角的不断增大,出射光线的出射角不断减小。
随着出射光线的减少和出射角的减小,导致出射角最大的光线与最小的光线之间的夹角不断减小,从AC 面射出光线的角度范围不断地收窄,因此望远镜中观察到的亮柱不断地收窄,如图(b )所示。
若进一步旋转载物台,使光源只有入射角约90°的入射角射入棱镜,其他入射光线的角度增大到大于90°,被BC 面挡住不能进入棱镜,这时棱镜的出射面只剩下90°掠入射的出射线,观察到的视场将由亮柱进一步收窄成为一条清晰的细亮线,如图(c )所示,此亮线即为原来明暗场的分界线。
以这条细亮线作为分界线测量最小出射角1min i ,可以大大减小误差,提高测量精度,从而提高测量棱镜折射率的准确度。
【4】【5】(a ) (b ) (c )数据记录:由掠入射角测折射率法得:折射率=⎪⎭⎫⎝⎛++=2sin sin cos 1A A n δ方案四,任意偏向角法测定玻璃折射率实验原理:如下图1为入射光线,2为棱镜内光线,3为出射光线,δ为任意偏向角。
由几何关系和折射关系得:21i i A +'= (1) A i i -'+=21δ (2) 11sin sin i n i '= (3) 22sin sin i n i =' (4) 由(3)式得:)sin 1arcsin(1i ni ='代入(1)式得:2i 再代入(4)式得:⎩⎨⎧⎭⎬⎫⎥⎦⎤⎢⎣⎡'-=')sin 1arcsin(sin arcsin 1i n A n i 再代入(2)式得:移项并在两边取sin ,整理后得:Ai A i A i i A n 2111212sin sin cos )sin(2sin )(sin -+++-+=δδ【6】这就是用任意偏向角δ,入射角1i 和顶角A 表示的三棱镜折射率公式。