布儒斯特角法分光计测量折射率实验的探讨doc.docx

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布儒斯特角法分光计测量折射率实验的探讨

摘要：

分光计是大学物理中测量折射率的主要仪器。

最常用的测量折射率的方法是最小偏小角法，该方法测量出的折射率精度较高，但操作繁琐，针对这一问题，本文尝试了布儒斯特角法测量三棱镜、玻璃砖、四硼酸钠、硫酸铝、冰五个实验，并分别与用最小偏小角法测出的三棱镜的折射率以及其他物体的理论值相对比，结果显示，它们都非常接近，相对误差不超过4%。

所以，当对物体折射率的精确度不高时，用布儒斯特角法比用最小偏向角法测量出折射率更方便快捷。

关键词：

布儒斯特定律；折射率；分光计；偏振片TheStudyofTheExperimentofTheSpectrometerToMeasureTheRefractiveIndexAbstract:

Accordingtotheuniversityphysicsexperiment,therefractiveindexcanbereceivedbythemethodofminimumdeviationAngle.Thenthroughthespectrometermeasurementobjectsoftherefractiveindexoftheexperimentalanalysis,accordingtotheprincipleofbrewsterAngle,theexperimentcanbeimproved,thatisapolaroidisplacedinthefrontofthespectrometertelescopes,observationlightreflectionpolarizationphenomenoninthesurfaceofthemedium,recordingthereadingsandmeasuringbrewsterAngle,thentherefractiveindexoftheobjectiscalculated.ComparingaboutthetwoclothofConfucianism,theAnglemeasuredbytheexperimentalresultsandtheresultsareconsistentwithotherincomeofprecisionexperiment,andtherelativeerrorislessthan4%.Asaresult,ThebrewsterAnglemethodismoreconvenientandquickwhentherefractiveindexisnothigh,thanthemethodofminimumdeviation.Keywords:

Brewsterlaw;Refractiveindex;Spectrometer;Polarorid目录摘要1引言11.实验原理21.实验原理光是一种人眼可见的电磁波，也称为可见光谱。

电磁波是矢量波，对应于电磁波中所谓的极化，在光学中把它称作偏振[3]。

根据偏振光的性质可把偏振分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振等。

其中，线偏振光是指其偏振电场的振幅分量在与光的传播方向相垂直的平面内，并且该平面的法线方向不会随时间变化，因此其与在传播方向垂直的平面内的电场分量投影为直线[4]。

一般来讲，光矢量的分布是各向均匀的，且各个方向光振动的振幅也是相同的，这种光叫自然光[5]。

如果在垂直于其传播方向的平面中，光波的光矢量只是沿着一个固定的方向振动．我们把这种光叫做完全偏振光、又称为线偏振光。

把介于完全偏振光与自然光之间的情形，叫做部分偏振光。

从科学上讲，光指的是所有的电磁波谱。

光波是一种电磁波，这种电磁波中起光作用的主要是电场矢量，因此，电场矢量又称为光矢量。

由于光波是横渡，因此光波中的光矢量的振动方向与光的传播方向垂直。

如果在光的传播过程中，若某一光矢量保持在固定的平面上振动，这种振动状态被称为平面振动态，此平面称为振动面[6]。

在光学的实验中，常用某种装置完全或者部分除去自然光中两相互垂直的分振动之一，便可获得完全或者部分偏振光。

从自然光中获得偏振光的过程称为起偏；把获得偏振光的器件或装置称为起偏器[7]。

1815年，英国物理学家D.布儒斯特发现：

当太阳光在电介质界面上发生反射和折射时，一般情况下获得的反射光和折射光都是部分偏振光，只有当入射角为某一特定角度时，反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，这个特定角就称为布儒斯特角或起偏角[8]。

当光以布儒斯特角入射时，反射光与折射光互相垂直。

在反射光中垂直于入射面的光振动多于平行振动，同时在折射光中平行于入射面的光振动多于垂直振动，而且反射光的偏振化程度与入射角的大小有关。

当入射角等于某一特定值时，反射光将变为光矢量垂直于入射面的完全偏振光，此时且，则叫做布儒斯特角，该式称为布儒斯特定律[9]，如图1所示。

如图2所示，先固定好载物台，再转动偏振片，使在望远镜中可看到反射光线，图2分光计测量三棱镜的折射率使它同望远镜种的的绿色叉丝重合，然后读出此时的两游标读数和；把三棱镜取下，移动望远镜，让它对准平行光管．使入射光线与望远镜的叉丝重台，再次读出两游标的读数和。

由此可知：

2.2.1用分光计测定三棱镜的布儒斯特角三棱镜是实验室较为常见的一种非晶体物质，大学物理实验《分光计的调节和使用》中，对测量三棱镜的折射率，给出了较为详尽的介绍，又因三棱镜易得到，所以在此测量三棱镜的折射率。

首先，用最小偏向角法测三棱镜折射率，根据以上提到的用最小偏向角法测量三棱镜折射率的步骤，先后测出、、、，重复5次，以减小误差。

然后测出、、、，并记录实验数据，如下：

表1用分光计最小偏向角法测量三棱镜的折射率数据1358°178°238°58°2359°52´179°51´239°51´59°51´3359°52´179°3´239°5´59°4´4358°45´178°53´238°44´58°43´5358°45178°53´238°44´58°43´用布儒斯特角法测量三棱镜的折射率，先读出和，后读出和，重复5次，记录实验数据，如下：

2.2.3用分光计测定四硼酸钠的布儒斯特角四硼酸钠是一种离子晶体，呈块状，易进行试验。

挑选一大块，选取较为平整的一面进行磨砂，直至平整光滑，作为反射面，进行试验，如图4所示。

图4分光计测量四硼酸钠的折射率接着，先后记录、、和，重复5次，并记录实验数据，如下：

表4用分光计布儒斯特角法测量四硼酸钠的折射率数据1358°45´178°45´290°9´110°9´2358°47´178°42´290°12´110°12´3358°47´178°47´290°13´110°13´4358°46´178°45´290°13´110°13´5358°45´178°45´290°7´110°7´2.2.4用分光计测定硫酸铝的布儒斯特角硫酸铝是白色有光泽的结晶，味甜，在空气中稳定，是一种被广泛运用的工业试剂，在化学实验室中易得到的离子晶体。

挑选一大块，选取较为平滑的一面进行磨砂，然后作为反射面，进行试验，如图5所示。

图5分光计测量硫酸铝的折射率接着，先后记录、、和，重复5次，并记录实验数据，如下：

表5用分光计布儒斯特角法测量硫酸铝的折射率数据126°54´206°54´316°27´136°27´226°56´206°47´316°28´136°28´3.1.2分光计测量布儒斯特角实验的数据分析根据实验原理，分别求出布儒斯特角即：

三棱镜的折射率是1.527。

两者比较，相对百分误差为（16）用布儒斯特角法测量三棱镜的折射率与在实验室用常规的反射法测出的折射率非常接近，故当对折射率要求不是特别精确时，此种方法测三棱镜的折射率很方便快捷。

3.2用布儒斯特角法测量玻璃砖的折射率的实验分析根据实验原理，分别求出布儒斯特角（是空气的折射率，近似为1）即：

玻璃砖的折射率是1.518。

玻璃砖给出的理论值是：

两者比较，其测量结果的相对百分误差用布儒斯特角法测量玻璃砖的折射率与理论值非常接近，故当对折射率要求不是特别精确时，此种方法测玻璃砖的折射率很方便快捷。

3.3用布儒斯特角法测量四硼酸钠的折射率的实验分析根据实验原理，分别求出布儒斯特角（是空气的折射率，近似为1）即：

四硼酸钠的折射率是1.481。

四硼酸钠给出的折射率理论值是：

两者比较，其测量结果的相对百分误差用布儒斯特角法测量四硼酸钠的折射率与理论值非常接近，故当对折射率要求不是特别精确时，此种方法测四硼酸钠的折射率很方便快捷。

3.4用布儒斯特角法测量硫酸铝的折射率的实验分析根据实验原理，分别求出布儒斯特角（是空气的折射率，近似为1）布儒斯特角法分光计测量折射率实验的探讨（6）: