玻璃折射率及测量方法.docx
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玻璃折射率及测量方法
玻璃折射率及测量方法
课程论丈
题目：
对玻璃折射率测走方法的探究
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：
（―）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力.测
量原理见图1,光线a代表一束单色平行光,以入射角Z投射到棱镜的曲面上，经棱镜两次折射后以X角从另一面射出来，成为光线仅经棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线a和出射光线&延长线的夹角5来表示，&称为偏向角.由图1可知6=（11—12）+（14—1$）=Il+l4—此式表明，对于给定棱镜，其顶角A和折射率厂已定，则偏向角/随入射角N而变，5是久的函数
（2）用微商计算可以证明，当1\=24或时，即入射光线£和出射光
线方对称地“站在”棱镜两旁时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用久表
sm
示.此时，有N=〃2,G4+心/2,故”=o用分光计测出棱镜
・Asm—2
的顶角4和最小偏向角久，由上式可求得棱镜的折射率力.
3.实验内容：
3.1棱镜角的测定
置光源于准直管的狭缝前，将待测棱镜的折射棱对准准直管，由准直管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。
在棱镜的另外两侧分别找到狭缝像与竖直叉丝重合，分别记录此时分光计的读数岭,％飞，匕，望远镜的两位置所对应的游标读数之差为棱镜角A的两倍。
3.2最小偏向角的测定
（1）将待测棱镜放置在棱镜台上，转动望远镜使能清楚地看见钠光经棱镜折射后形成的黄色谱线。
（2）刻度内盘固定。
缓慢转动载物台，改变入射角，使谱线往偏向角减小的方向移动，用望远镜跟踪谱线观察。
（3）当载物台转到某一位置，该谱线不再移动，如继续按原方向转动载物台，可看到谱线反而往相反的方向移动，即偏向角变大。
该谱线偏向角减小的极限位置即为最小偏向角位置。
（4）反复实验，找岀谱线反向移动的确切位置。
固定载物台，微动望远镜，使叉丝中间竖线对准谱线中心，记录此时分光计的读数$匕。
（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，相应的游标读数为岭和同一游标左右两次数值之差是最小偏向角的2倍，即
讣（険叶松-引）/4
4.实验数据记录
1
36°37'
21637'
27655
9654
2
3635
21636
27655
9654
3
3635
21634
27656'
9655
表2：
最小偏向角
f
匕
V2
1
29823
11820
1541
19540'
2
298°23'
118°20'
15°40
19539
3
29824
11821
1543
19540
5.数据处理
5.1玻璃的顶角A
分光计的B类误差=茹=0034
习=363540’
V；=2163540
习=276。
55'20°
K=965420
uA=0040*
uA=0052
=0020'
©=0020a=1（|vi+360-vJ+Ik-KI）
uc=0052
uc=012
uc=0039'
心=0039
=595025’
V,=363540±0052
K=2163540±012"
^=276:
55'20'±0039
V2=965420±0039
••"•（A）彳（#）«「（《）+（莘）认2（%）+（#）仏3化）+（务刊「（匕）
=0024
结果报道：
A=1.0444±0.000lmJ
5.2最小偏向角耳
分光计的B类误差:
V,=2982320±00*39
叼=298°2320uA=0020*uc=0039
K=1182020uA=0020uc=0039V,=1182020*±0039*
V2=1953940uA=0020*uc=0039
•••気冷（M+36OT|+
忆一岭|）=38’3920*
匕=195：
3940"±0039
/dd?
ddi・dd9?
dd•>，・•”
•••也”叫賊门的）+（砺皿（X）+（誡）％化）+（證％W）“。
22
结果报道：
％=0.6747±0.000lsd
5.3玻璃折射率no
抽（也）sin（595025：
383920）
2==——
sin$）
2
595025'
sm（——-——）
2
=1.51875
%・（〃）=
丁,▲、zdn
（护"）懾
结果报道：
7?
=1.5188±0.0001
（二）调节分光计并用掠入射法测定折射率
1•实验仪器与用具
分光计，玻璃三棱镜，钠光灯
2•实验原理
如图1所示，用单色扩展光源照射到顶角为A的玻璃三棱镜的AB面上，以
角i入射的光线经三棱镜两次折射后，从AC面以角0射出。
根据折射定律
nsin/=77sinnsinr=nsing
式中“和“分别是空气和玻璃的折射率。
考虑到
=1可得“
一!
—Jsin2/sin2A+（sin/cosA+sin^）2。
由图中可以看sinA
出，对于入射角<90的光线
（如光线1,2,3等）均可进入三棱镜，在AC面出射光线1,2',3'形成的亮场；而入射角/>90的光线无法进入三棱镜
（BC面为非光学面），形成暗场。
明暗分界线对应的是以心90入射（称为掠入射）的光线，此时的出射角最小，称为极限角0。
上式在掠入射的条件下
可简化为1+（竺八+$罕。
只要测出顶角A和极限角0,由上式可求VsinA
出棱镜的折射率1U
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0
（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面岀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，记下左右游标读数玉
（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
⑷可以求出掠入射时的极限角0詁[何-创+|区-&|],测量三次，求出平均
乙
3.3测定玻璃的折射率IU
将顶角和极限角的平均值刁帀代入上式，即"=』+严兰环,可求出棱镜
VsinA
的折射率n。
4•实验数据记录
5.1极限角°
分光计的B类误差:
A・K
=2?
3=（）（）34
表3：
极限角0
4
2
1
5908
23910
8826
26830'
2
5910
23913
8825'
26827'
3
5909
23912
8823
26826
5•实验数据处理
仇=590900
uA=0034
uc=00048*
^=590900±00048*
瓦=2391140
uA=00052'
uc=00102*
&=2391140'±00102,
瓦=882440
uA=00052
uc=00102
•^=882440±00102*
瓦=2682740
uA=00112"
nc=00119'
6＞；=2682740±00119*
0=
+陋-引+网-&|]=|[|590900'-882440-1+
|2391140*-2682740|]
=291550
•••WJ（欝）WG）+（第认迥）+（警）切（&）+（写）认迥）
YoO.cO.昭
=00207
结果报道：
=0.5108±0.0006mJ
5.2玻璃折射率n
hI（cosA+sin0）2_
VsinA
cos595025*+sin291550sin595025"
）2
=1.52129
:
.uc（n）=（—）2uc2（A）+（—）2uc2（（p）=0.0006
vdAd（p
结果报道：
〃=1.5213±0・0006
（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，氨-氛激光器。
2.实验原理
根据布鲁斯特定律"=tan0，可通过测量布鲁斯特角0来测量玻璃折射率IU
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。
记下初始角件。
（2）一面转动玻璃平板，一面同时转动起偏器Pi,使其透过方向在入
T临皿亦TT扫/巨亦
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卩2,重复测量三次，求平均值，算出布鲁斯特角0=®-%。
4•实验数据记录
72—
%
02
0
5T
2
0
5730
3
（）
5&
5•实验数据处理
5.1•玻璃的布鲁斯特角y
读数盘产生的B类误差：
切=琴=03438'
（p\=0uA=0uc=03438%=000土03438
瓦=5730uA=01719uc=03843（p2=57300*±03843'
0=輕一0i=57300
）2Uc（0）+（磐）'uc（関）=05156
结果报道：
0=1.004±0・015m〃
52玻璃的折射率n
n=tan0=1.56968
%•（“）=J（半）昭（0）"05196
Vd（p
结果报道:
77=1.57±0.05参考文献：
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