玻璃折射率的测定,物理实验报告
测量玻璃折射率实验报告

测量玻璃折射率实验报告测量玻璃折射率实验报告引言本实验旨在通过测量玻璃的折射率,探究光在介质中传播的规律,加深对光学基础知识的理解。
实验原理当光线从一种介质进入另一种介质时,会发生折射现象。
根据斯涅尔定律,入射角和折射角之间的正弦值成一定比例。
即:n1sinθ1=n2sinθ2,其中n1和n2分别为两种介质的折射率。
实验仪器本实验所需仪器有:光源、凸透镜、凸面镜、半圆筒玻璃罩、白纸和直尺等。
实验步骤1. 将半圆筒玻璃罩放置在白纸上,并在其内侧涂上一层黑色颜料。
2. 连接好光源和凸透镜,并将凸透镜放置在半圆筒玻璃罩外侧。
3. 调整凸透镜位置,使其能够发出平行光线并经过半圆筒玻璃罩内侧的黑色颜料。
4. 在半圆筒玻璃罩外侧放置凸面镜,并调整其位置,使反射光线能够与入射光线重合。
5. 在白纸上观察到的反射光线和折射光线的交点即为入射角和折射角的交点。
利用直尺测量该交点到法线的距离,即可得到折射角。
6. 通过测量入射角、折射角和两种介质之间的距离,计算出玻璃的折射率。
实验结果与分析通过多组实验数据计算得出玻璃的平均折射率为1.52。
这与玻璃的标准折射率相符合。
实验误差分析本实验中可能存在的误差主要包括凸透镜位置不准确、反射光线和折射光线不精确地重合以及测量距离时读数不准确等。
这些误差会对最终结果产生一定影响。
实验结论本实验通过测量玻璃的折射率,验证了斯涅尔定律,并加深了对光学基础知识的理解。
同时,也展示了实验中可能存在的误差,提醒我们在进行实验时要注意准确测量和控制误差。
参考文献[1] 《大学物理实验指导》[2] 《物理实验教程》。
测玻璃折射率实验报告

测玻璃折射率实验报告测玻璃折射率实验报告引言:折射率是光在不同介质中传播时的速度差的比值,是光学性质中重要的一个参数。
测量材料的折射率可以帮助我们更好地了解其光学性质和应用领域。
本实验旨在通过测量玻璃的折射率,探究光在玻璃中的传播规律。
实验步骤:1. 准备实验材料:玻璃片、光源、直尺、半透明尺、直角三棱镜、刻度尺等。
2. 将玻璃片平放在桌面上,用直尺固定,使其与桌面垂直。
3. 在玻璃片上方放置一支光源,确保光线垂直射向玻璃片表面。
4. 将直角三棱镜放在玻璃片上方,使其底边与玻璃片表面接触。
5. 用刻度尺测量光线从光源射到玻璃片上方的距离,并记录下来。
6. 观察光线从玻璃片射出后的路径,测量光线从玻璃片射出到直角三棱镜上方的距离,并记录下来。
7. 重复上述步骤多次,取平均值作为最终结果。
实验结果:根据实验数据计算可得玻璃的折射率为x.x。
讨论:通过实验测量得到的玻璃折射率与理论值进行对比,可以发现是否存在误差。
误差的产生主要有以下几个方面:1. 实验仪器的精度:实验中使用的直尺、刻度尺等测量工具的精度会对实验结果产生一定的影响。
在实验过程中,应尽量使用精度较高的测量工具,减小误差的产生。
2. 光线的传播路径:实验中光线经过玻璃片的传播路径可能不是完全直线,还受到玻璃表面的微小凹凸以及玻璃的不均匀性等因素的影响。
这些因素会导致实验结果与理论值存在一定的偏差。
3. 实验环境的影响:实验室中的温度、湿度等环境因素也会对实验结果产生一定的影响。
为了减小这些影响,实验应在恒温、恒湿的条件下进行,并进行多次测量取平均值。
结论:通过本次实验测量得到的玻璃折射率为x.x。
在实验过程中,我们发现了可能导致误差产生的因素,并提出了相应的改进方法。
实验结果与理论值的对比可以帮助我们更好地理解光的传播规律,并为相关领域的应用提供参考。
通过进一步的研究和实验,我们可以深入探究折射率与材料性质之间的关系,为材料科学的发展做出贡献。
测量玻璃的折射率实验报告

测量玻璃的折射率实验报告摘要:本实验旨在测量玻璃的折射率。
通过使用光线的折射现象,利用斯涅尔定律和折射率的定义,设计了实验装置并进行了一系列实验。
通过测量入射角和折射角的关系,利用斯涅尔定律求解出玻璃的折射率。
实验结果表明,玻璃的折射率为1.5左右,与理论值相符。
引言:折射是光线从一种介质传播到另一种介质时,由于介质的不同而改变传播方向的现象。
折射现象的研究对于了解光的传播规律以及光在不同介质中的行为具有重要意义。
折射率是描述光在介质中传播速度变化的物理量,是表征介质对光的阻碍程度的重要参数。
本实验通过测量玻璃的折射率,旨在加深对折射现象和折射率的理解。
实验装置和方法:实验装置主要包括光源、光线传播路径、测量仪器等。
光源使用一束单色光,通过准直器使光线基本平行,然后经过一个可调节入射角的装置射入待测的玻璃板。
在玻璃板的另一侧,使用一个转动的测量仪器测量出射角。
实验过程中,通过调整入射角并测量相应的折射角,得到多组数据,进而求解出玻璃的折射率。
实验结果与分析:通过对多组实验数据的处理,我们得到了入射角和折射角的关系。
根据斯涅尔定律,入射角、折射角和折射率之间存在如下关系:sin(入射角)/sin(折射角) = n1/n2,其中n1为光线所在介质的折射率,n2为光线所射入的介质的折射率。
通过变换得到折射率的计算公式:n2 = n1 * sin(入射角)/sin(折射角)。
根据实验测得的入射角和折射角数据,代入公式计算得到玻璃的折射率。
实验结果表明,玻璃的折射率约为1.5左右。
这与理论值相符合,说明实验方法和测量结果的可靠性。
通过对实验数据的分析,我们还发现入射角和折射角之间的正弦函数关系,即sin(入射角)/sin(折射角)为常数。
这进一步验证了斯涅尔定律的正确性。
结论:本实验通过测量玻璃的折射率,深入理解了光的折射现象和折射率的概念。
通过实验数据的处理和分析,得出了玻璃的折射率约为1.5,与理论值相符合。
实验:测定玻璃砖的折射率(有空)精选全文完整版

可编辑修改精选全文完整版实验报告: 测定玻璃的折射率【实验目的】Array应用光的折射定律测定玻璃的折射率【实验原理】如图1所示,在玻璃砖的上方插两颗大头针P1和P2,在玻璃砖的下方观察时,由于光线的两次折射,P1和P2的虚像将在和的位置。
为了确定沿P1、P2方向射入的光线(在玻璃中)的折射光线方向,可在玻璃砖下方插和两颗大头针,并让它们挡住P1′和P2′(在下方观察,可以看到P1′、P2′、P3、P4在一条直线上)。
P1、P2的连线与玻璃砖上边缘交点为O ,P3、P4的连线与玻璃砖上边缘交点为O′,连接O、O′即是玻璃中的。
测量入射角和折射角,利用即可得出玻璃的折射率。
【注意事项】1、插针时,P1、P2的间距(或P3、P4的间距);2、画出玻璃砖的边线后,在插针的过程中玻璃砖(尤其不要扭动);3、入射角不要太大(折射光强度太小),也不要太小(不能反映正弦之比为恒量的规律);4、如果是用圆规作数据处理,圆的半径不要太小。
【实验器材】玻璃砖、白纸、泡沫塑料板(图钉)、、三角板、量角器(或圆规)【实验步骤】1、将白纸用图钉钉在泡沫塑料板上。
2、将玻璃砖放在白纸上,借助三角板画出玻璃砖的。
3、按图1所示放好玻璃砖后,插上大头针P1、P2。
4、在玻璃砖的下放观察P1、P2的像,并用大头针挡住它们的像P1′、P2′,将P3插入白纸。
5、再用大头针挡住P1′、P2′和P3, 并插入白纸。
6、取下玻璃砖,用三角板过P1、P2画直线、过P3、P4画直线,分别与玻璃砖的上、下边界线交于O、O′点,连接O、O′得到玻璃中的折射光线。
7、量出入射角和折射角,用折射定律计算玻璃的折射率。
8、改变,重复2~7步骤,多测几组。
测玻璃折射率实验报告

一、实验目的1. 理解光的折射现象,掌握折射定律。
2. 学会使用折射仪测定玻璃的折射率。
3. 培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理光从一种介质进入另一种介质时,其传播方向会发生改变,这种现象称为光的折射。
折射率是描述介质折射能力的物理量,通常用n表示,其定义式为:n = sinθ1 / sinθ2其中,θ1为入射角,θ2为折射角。
本实验采用折射仪测定玻璃的折射率,通过测量入射角和折射角,利用折射定律计算出玻璃的折射率。
三、实验仪器与材料1. 折射仪2. 玻璃砖3. 精密刻度尺4. 计算器5. 实验记录表四、实验步骤1. 将玻璃砖放置在折射仪的测量平台上,确保玻璃砖与测量平台平行。
2. 打开折射仪电源,预热5分钟。
3. 将精密刻度尺固定在折射仪的入射光路中,调整刻度尺,使入射光线垂直照射到玻璃砖上。
4. 读取入射角θ1,记录在实验记录表中。
5. 将精密刻度尺移动到折射光路中,调整刻度尺,使折射光线垂直照射到玻璃砖上。
6. 读取折射角θ2,记录在实验记录表中。
7. 重复步骤4-6,共测量5次,取平均值作为最终结果。
五、数据处理与结果分析1. 计算每次测量的折射率n,公式为:n = sinθ1 / sinθ22. 计算折射率的平均值,公式为:n_平均 = (n1 + n2 + n3 + n4 + n5) / 53. 结果分析:将实验测得的折射率与玻璃的标准折射率进行比较,分析误差产生的原因。
六、实验结果实验测得的玻璃折射率平均值为1.516,与玻璃的标准折射率1.523相近,说明本实验测量结果准确可靠。
七、实验总结1. 通过本实验,掌握了折射定律的应用,了解了折射仪的使用方法。
2. 提高了实验操作能力和数据处理能力,培养了严谨的科学态度。
3. 了解了误差产生的原因,为今后实验研究提供了有益的参考。
八、实验注意事项1. 实验过程中,注意安全操作,避免损坏实验仪器。
2. 确保玻璃砖与测量平台平行,以免影响测量结果。
棱镜玻璃折射率的测定实验报告

棱镜玻璃折射率的测定实验报告棱镜玻璃折射率的测定实验报告引言:折射率是光在介质中传播速度的相对值,是光学实验中重要的物理量之一。
本实验旨在通过测量棱镜玻璃的折射率,探究光在不同介质中的传播规律,并验证折射定律。
实验原理:光在两种介质之间传播时,会发生折射现象。
折射定律表明入射光线、折射光线和法线三者在同一平面上,并满足折射定律的数学关系式:n1sinθ1 =n2sinθ2,其中n1和n2分别为两种介质的折射率,θ1和θ2为入射角和折射角。
实验步骤:1. 准备实验装置:将光源、棱镜和屏幕依次放置在同一直线上,确保光线能够顺利通过棱镜,并在屏幕上形成清晰的光斑。
2. 测量入射角:调整光源位置,使光线通过棱镜后在屏幕上形成尽可能直的光斑。
使用直尺测量入射光线与法线的夹角θ1。
3. 测量折射角:调整屏幕位置,使折射光线与法线的夹角θ2尽可能直。
使用直尺测量折射光线与法线的夹角θ2。
4. 计算折射率:根据折射定律的数学关系式n1sinθ1 = n2sinθ2,利用测得的θ1和θ2计算出棱镜玻璃的折射率n2。
实验数据与结果:根据实验测量数据,我们得到入射角θ1为30°,折射角θ2为20°。
代入折射定律的数学关系式,我们可以计算出棱镜玻璃的折射率n2 = n1sinθ1 / sinθ2 =sin30° / sin20° ≈ 1.732。
实验讨论:通过本实验,我们成功测得了棱镜玻璃的折射率。
然而,实际情况中,由于光线在传播过程中会发生衍射、散射等现象,导致实验结果与理论值存在一定的误差。
此外,实验中使用的棱镜玻璃可能存在制造误差,也会对实验结果产生一定影响。
为了提高实验结果的准确性,我们可以采取以下措施:1. 提高测量精度:使用更精确的测量仪器,如光电测量仪等,来测量入射角和折射角,以减小测量误差。
2. 多次测量取平均值:进行多次实验测量,取平均值来减小随机误差的影响。
3. 选择合适的光源:使用稳定的光源,如激光等,来减小光源本身的不稳定性对实验结果的影响。
测量玻璃折射率实验报告

实验报告:测量玻璃折射率背景问题描述在光学领域中,折射率是一个重要的物理量。
它描述了光在两个介质之间传播时的弯曲程度,即光线从一种介质传播到另一种介质时的偏折现象。
折射率通常用符号n表示。
在本次实验中,我们将测量玻璃的折射率。
玻璃是一种常见的透明物质,具有较高的折射率,对于光的传播路径产生了明显的偏折。
测量玻璃的折射率可以帮助我们更好地理解光在物质中的传播规律,同时也有助于补偿光在其他光学元件中的传播路径偏差。
研究意义测量玻璃的折射率对于光学实验和工程应用具有重要意义。
了解不同种类玻璃的折射率参数,可以优化光路设计和光传输路径的调整。
此外,在现代光学器件和光学材料的研究制造中,测量折射率是必不可少的一环。
分析实验原理测量玻璃的折射率可以通过光的全反射原理来实现。
当光从一个折射率较高的介质(例如空气)射入一个折射率较低的介质(例如玻璃)时,会发生全反射现象,即光无法从玻璃中传播入空气中,而是完全反射回折射率高的介质内部。
根据光的全反射原理,可以得到以下公式来计算玻璃的折射率n:n = sin(θ1) / sin(θ2)其中,θ1是入射角,θ2是折射角。
通过测量入射角和折射角的值,就能够计算得到玻璃的折射率。
实验步骤1.准备实验装置:将玻璃板固定在一个光学平台上,确保表面平整,并在装置中安置一个光源和一根光线传感器。
2.调整光源和光线传感器的位置,使得从光源发出的光线垂直射向玻璃板的一侧,确保入射角度接近90度。
3.将光线从空气射入玻璃板,记录光线传感器测得的折射角度。
4.根据公式n = sin(θ1) / sin(θ2),计算出玻璃的折射率。
5.重复步骤3和步骤4,取多组数据,计算出平均折射率,以增加测量准确性。
6.对不同种类的玻璃进行测量,比较它们的折射率差异。
7.进行数据处理和结果分析。
结果测量数据下表显示了测量得到的玻璃折射率数据:玻璃种类实验次数入射角度(度)折射角度(度)折射率硅酸钠玻璃 1 60 40 1.502 65 353 70 30硼硅酸玻璃 1 55 25 1.602 60 303 65 35数据处理和结果分析根据上述测量数据,我们计算出了每种玻璃的平均折射率。
实验报告测量玻璃折射率

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。
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此实验报告共六个方案,其中前三个为实验室可做并已测量数据的方案,第一个方案(最小偏向角法)已测量数据并进行了数据处理。
实验目的:测定玻璃折射率,掌握用最小偏向角法测定玻璃折射率的方法,掌握用读数显微镜法测定玻璃折射率的方法,复习分光计的调整等,掌握实验方案的比较,误差分析,物理模型的选择。
要求测量精度E≤1%。
方案一,最小偏向角法测定玻璃折射率实验原理:最小偏向角的测定,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1所示。
• 图1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仪器:分光计,三棱镜。
实验步骤:1,对分光计进行调节2,顶角α的测量利用自准直法测顶角,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θ和游标2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1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︒-+-=-3,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AB AC 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:2sin 2sinA A n δ+=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。
(注意: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。
)实验数据记录及处理:顶角的测量:最小偏向角:测定玻璃折射率为:n=1.5测量最小偏向角的不确定度为:μA=3.7’方案二,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,实际观察到的是物P的像P1 ,设t。
为物P经玻璃折射出射线与玻璃法线的夹角,t1为物P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,a为垂直于玻璃且通过物P的直线到观察点的距离,n 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sint o和sint l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在的位置X1。
被测物质的厚度D可以通过游标卡尺测量出来。
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:KF—JCD3读数显微镜、长物距物镜,长方形平板玻璃样品等。
实验步骤:1 测玻璃厚度用游标卡尺测量玻璃厚度,重复测量6次,记入表格。
2 测有待测样品和没有待测样品时的物镜位置差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X0,填入表格,把待测透明玻璃从载物台上取下。
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。
数据处理与分析测平板玻璃厚度D读数显微镜读数参考文献[1]杨宏汝.测量玻璃折射率的简单方法.物理实验,1993.方案三,插针法测定玻璃折射率【目的和要求】应用折射定律测定玻璃的折射率,加深对折射定律的理解。
【仪器和器材】玻璃砖(J2506型),钢直尺,大头针,量角器或圆规,图板,图钉或透明胶带,白纸或坐标纸。
【实验方法】1.插针将一张八开的白纸或坐标统,平铺在绘图板上,用图钉或透明胶带固定,玻璃砖平放在纸中央。
取一枚大头针,紧贴玻璃砖上底面AE的中点附近,垂直插牢在图板上。
插针点为O点,取第二枚大头针,垂直插在O点左上方的O1点。
实验者的眼睛在玻璃砖下底面CD的下方,沿水平方向透过玻璃砖观察插在O、O1点处的大头针,移动观察位置,使两枚大头针位于一直线上。
然后在玻璃砖下底面CD的下方,沿着O1O的方向再在点O2、O3处插两枚大头针,观察者应看到插在O1、O、O2、O3的四枚大头针在一直线上。
拔下大头针,标好插针点O1、O、O2、O3。
2.作图取走玻璃砖,连直线O1O、O2O3,延长O3O2交DC边干O′,连OO′。
过点O作AE的垂线NN′,则O1O为入射光线,OO′为折射光线,ON为法线,∠O1ON为入射角i,∠O′ON′为折射角i′,如图5.1-2所示。
3.测量计算。
用量角器在图5.1-2上量出入射角i及折射角i′,代入折射定律公式n=sini/sini′计算出折射率n。
方案四,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'2m ax i ,其出射角最小为'1m in i ;入射角小于90°的,折射角必小于'2m ax i ,出射角必大于'1m in 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2m ax1sin n i =,即2m ax 1sin i n=,由几何知识可以得到:'2m ax 2i i A +=,即'22m ax i A i =-。
而'''1m in 1m in 1m in'22m ax 2m ax 2m axsin sin sinsin sin()sin cos cos sin i i i n i A i A i A i ===--='sin i⇒'1min sin sin cos i A A =⇒n =3】从此可以看出,只要测得'1m in i 和顶角A 就可求得该三棱镜的折射率,而'1m in 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1m in 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 <1m in 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1m in 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:②掠入射法测折射率由掠入射角测折射率法得:折射率=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=2sin sin cos 1A A n δ方案五,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(sinarcsin 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 2111212sinsin 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。