玻璃折射率的测量方法

课程论文题目：对玻璃折射率测定方法的探究班级：2010级物理学本科班姓名：学号：指导老师：对玻璃折射率测定方法的探究摘要：通过不同的方法测定玻璃的折射率，在对实验现象观察的同时，比较不同的方法之间的区别，并将实验结果与真实值比较。关键词：玻璃，分光计，顶角，偏向角，折射率。引言：运用钠灯灯光或激光照射玻璃，通过观察折射或反射光的性质来确定玻璃的折射率。实验方法：（一）最小偏向角法：1.实验仪器与用具：分光计，玻璃三棱镜，钠灯。2.实验原理：（1）将待测的光学玻璃制成三棱镜，可用最小偏向角法测其折射率n．测量原理见图1，光线α代表一束单色平行光，以入射角i1投射到棱镜的AB面上，经棱镜两次折射后以i4角从另一面AC射出来，成为光线t.经棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线α和出射光线t延长线的夹角δ来表示，δ称为偏向角．由图1可知δ＝(i1－i2)＋(i4－i3)＝i1＋i4－A．此式表明，对于给定棱镜,其顶角A和折射率n已定，则偏向角δ随入射角i1而变，δ是i1的函数.（2）用微商计算可以证明，当i1＝i4或i2＝i3时，即入射光线a和出射光线t对称地“站在”棱镜两旁时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用δm表示.此时，有i2＝A/2，i1＝(A＋δm)/2，故22mAAnsinsin。用分光计测出棱镜的顶角A和最小偏向角δm,由上式可求得棱镜的折射率n．3.实验内容：3.1棱镜角的测定图1项目次数项目次数置光源于准直管的狭缝前，将待测棱镜的折射棱对准准直管，由准直管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。在棱镜的另外两侧分别找到狭缝像与竖直叉丝重合，分别记录此时分光计的读数''1212,,,VVVV，望远镜的两位置所对应的游标读数之差为棱镜角A的两倍。3.2最小偏向角的测定（1）将待测棱镜放置在棱镜台上，转动望远镜使能清楚地看见钠光经棱镜折射后形成的黄色谱线。（2）刻度内盘固定。缓慢转动载物台，改变入射角，使谱线往偏向角减小的方向移动，用望远镜跟踪谱线观察。（3）当载物台转到某一位置，该谱线不再移动，如继续按原方向转动载物台，可看到谱线反而往相反的方向移动，即偏向角变大。该谱线偏向角减小的极限位置即为最小偏向角位置。（4）反复实验，找出谱线反向移动的确切位置。固定载物台，微动望远镜，使叉丝中间竖线对准谱线中心，记录此时分光计的读数12,VV。（5）转动载物台，使光线从待测棱镜的另一光学面入射，转动望远镜至对称位置，使光线向另一侧偏转，同上找出对应谱线的极限位置，相应的游标读数为''12VV和。同一游标左右两次数值之差是最小偏向角的2倍，即''1122()/4mVVVV4.实验数据记录表1：玻璃顶角1V2V'1V'2V1'3637'21637'27655'96542'3635'21636'27655'96543'3635'21634'27656'9655表2：最小偏向角1V2V'1V'2V1'29823'11820'1541'195402'29823'11820'1540'195393'29824'11821'1543'195405.数据处理5.1玻璃的顶角A分光计的B类误差：'''003423Bu'''1363540V'''0040Au'''0052Cu''''''13635400052V'''22163540V'''0052Au'''012Cu''''''22163540012V''''12765520V'''0020Au'''0039cu'''''''127655200039V''''2965420V'''0020Au'''0039Cu'''''''29654200039V'''''11221(360)5950254AVVVV2222'2222'1122''1122()()()()()()()()()CCCCCAAAAuAuVuVuVuVVVVV'''00241.04440.0001Arad结果报道：5.2最小偏向角m分光计的B类误差：'''003423Bu'''12982320V'''0020Au'''0039Cu''''''129823200039V'''21182020V'''0020Au'''0039Cu''''''211820200039V''''1154120V'''0052Au'''012Cu'''''''1154120012V''''21953940V'''0020Au'''0039Cu'''''''219539400039V''11221(360)4mVVVV='''3839201233'2'1'ACBri'r图12222'2222''''1122''1122()()()()()()()()()0022mmmmCmCCCCuuVuVuVuVVVVV0.67470.0001mrad结果报道：5.3玻璃折射率n。'''''''''595025383920sin()sin()221.51875595025sin()sin()22mAnA2222()()()()()0.0001CCCmmnnunuAuA1.51880.0001n结果报道：(二)调节分光计并用掠入射法测定折射率1.实验仪器与用具分光计，玻璃三棱镜，钠光灯2.实验原理如图1所示，用单色扩展光源照射到顶角为A的玻璃三棱镜的ＡＢ面上，以角ｉ入射的光线经三棱镜两次折射后，从ＡＣ面以角射出。根据折射定律'sinsin,sinsin,ninrnrn式中nn和分别是空气和玻璃的折射率。考虑到'1rrAn和可得2221sinsin(sincossin)sinniAiAA。由图中可以看出，对于入射角90i的光线（如光线１,２,３等）均可进入三棱镜，在ＡＣ面出射光线'''1,2,3形成的亮场；而入射角90i的光线无法进入三棱镜（ＢＣ面为非光学面），形成暗场。明暗分界线对应的是以90i入射（称为掠入射）的光线，此时的出射角最小，称为极项目次数限角。上式在掠入射的条件下可简化为2cossin1()sinAnA。只要测出顶角A和极限角，由上式可求出棱镜的折射率n。3.实验内容3.1测量三棱镜的顶角A方法同上。3.2测极限角（1）整体移动分光计，使钠光灯大体位于AB的延长线上，将钠光灯作为扩展光源；（2）用眼睛在ＡＣ面出射光线方向可找到一个明暗分界线，再将望远镜'PP线对准分界线，记下左右游标读数'''33,；（3）转动望远镜至AC面的法线位置（止动游标盘），记下两边游标读数'''44,；（4）可以求出掠入射时的极限角''''''343412，测量三次，求出平均值。3.3测定玻璃的折射率n。将顶角和极限角的平均值,A代入上式，即2cossin1()sinAnA，可求出棱镜的折射率n。4.实验数据记录表3：极限角'3''3'4''41'5908'23910'8826'268302'5910'23913'8825'268273'5909'23912'8823'268265.实验数据处理5.1极限角分光计的B类误差：'''003423Bu''''3590900'''0034Au'''00048Cu'''''''359090000048'''''32391140'''00052Au'''00102Cu''''''''3239114000102''''4882440'''00052Au'''00102Cu'''''''488244000102'''''42682740'''00112Au'''00119Cu''''''''4268274000119''''''''''''''''''3434115909008824402391140268274022'''29155022'22''22'22''3344''''''3344()()()()()()()()()CCCCCuuuuu'''002070.51080.0006rad结果报道：5.2玻璃折射率n''''''22'''cossincos595025sin2915501()1()1.52129sinsin595025AnA2222()()()()()0.0006CCCnnunuAuA1.52130.0006n结果报道：（三）观测布鲁斯特角的同时测定玻璃的折射率1.实验仪器与用具观察布鲁斯特角装置，玻璃三棱镜，氦-氖激光器。2.实验原理根据布鲁斯特定律tann，可通过测量布鲁斯特角来测量玻璃折射率n。3.实验内容（1）如图，在起偏器P1后，插入测布鲁斯特角装置，再在P1和装置之间插入一个带小孔的光屏。调节玻璃平板，使反射光束与入射光束重合。记下初角度次数始角1。（2）一面转动玻璃平板，一面同时转动起偏器P1，使其透过方向在入射面内。反复调节直到反射光消失为止，此时记下玻璃平板的角度2，重复测量三次，求平均值，算出布鲁斯特角21。4.实验数据记录12105720'573030585.实验数据处理5.1.玻璃的布鲁斯特角读数盘产生的B类误差：'''034383Bu100Au'''03438Cu''''''100003438'25730'''01719Au'''03843Cu''''''25730003843'''21573002222'''1212()()()()()05156CCCuuuⅠⅡⅢⅣⅠ：激光器Ⅱ：起偏器Ⅲ：带小孔光屏Ⅳ：玻璃三棱镜P21.0040.015rad结果报道：5.2.玻璃的折射率ntan1.56968n22()()()0.05196CCdnunud1.570.05n结果报道：参考文献：