大学物理实验研究报告及三棱镜折射率

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1、第 1 页20102011 学年度上学期物理实验教学示范中心研究报告数计 学院 信息 专业 1111 班 学生姓名 学号指导教师 实验地点 N1113 实验时间 2013 年 6 月 7 日实验名称 三种测量三棱镜折射率方法的比较一、实验的研究现状及主要参考文献研究现状：测量三棱镜折射率的方法常用的有：最小偏向角法、掠入法、布儒斯特角法、任意偏向角法、临界法、垂直底边射入法、全反射法等。在操作上,最小偏向角临界现象明显,但在操作中确定最小偏向角的位置存在随机性、操作复杂,会引入较大的误差 1;用布儒斯特角法测量，只要知道入射光线的延长线与反射光线的夹角，利用公式，计算过程不复杂，但实验步骤繁琐

2、，而且实验的过程易受外界影响 2。临界法原理相对于其他两个复杂，但实验过程简单，实验现象明显。通过一些实验，人们发现用最小偏向法和任意偏向角测量法测出的三棱镜的折射率的值是最为接近的。而用掠入法测得的折射率的值，跟这两种方法测得的值也是较为接近的；相对来说，用布儒斯特角法测得的三棱镜折射率的值跟另外三种测量的值相差较大。垂直底边入射法的操作较之最小偏向角法等传统方法更加简便，数据和最小偏向角法的结果符合很好，但数据准确性次于最小偏向角法，而且当被测材料折射率偏大时,会在被测材料内发生全反射 3；最小偏向角法在数据的准确性方面优于垂直底边入射法和全反射法，虽然全反射现象明显，但在操作中确定临界点

3、位置存在随机性,会引入较大误差 4。全反射法的不确定度明显高于前两种。采用垂直底边入射法可以有效地达到简化测量三棱镜折射率的目的 5。参考文献：1高文斌；大学物理实验M.杭州：浙江大学出版社，20022钟鼎：大学物理实验M.天津：天津大学出版社。20063陈良锐,彭 力,蔡招换,等.测量三棱镜折射率的一种新方法J.大学物理实验, 2008, 22(2)4朱德权.垂直折射法测三棱镜的折射率J.安庆师范学院学报 :自然科学版, 2007, 13(4)5葛松华,唐亚明.三棱镜的全反射特性研究 J. 物理通报 , 2009(9):第 2 页二、实验需要的主要仪器设备和材料分光计;三棱镜；双面镜；汞灯三

4、、实验的研究目的了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的办法掌握测定三棱镜顶角的办法用最小偏向角法、全反射法、垂直底边入射法测定三棱镜的折射率，并分析比较。四、实验的研究内容为了找到一种最简捷的测量三棱镜折射率的方法,利用垂直底边入射法、最小偏向角法和全反射法对同一三棱镜的折射率进行了测量,并对数据进行了处理分析。从操作的简繁程度、测量数据的准确性和不确定度方面比较了 3 种测量方法的优劣。对各种方法提出了改进意见。综合操作的简捷性和数据的准确性,选出最优选 择。(1)垂直底边入射法测量原理。垂直底边入射法让入射光线垂直于顶角的临边入射,实验中取 AC 边,其光路如图 1 所 示。表达式为：n

5、=sin2()+(1+sin *cot A)2 只要测得顶角 A 和出射角 r2,就能计算出三棱镜的折射率(2)最小偏向角法测量原 理 。如图 2 所示,光线 S1O1 以入射角 i1 入射到三棱镜的 AB 面上,经三棱镜两次折第 3 页射后,以 i4 角从 AC 面出射,入射光线和出射光线的夹角 称为偏向角。(3)全反射法测量三棱镜折射率测量原理。在测量三棱镜折射率的实验中,如果第 1 个光学面的入射角小于一定角度,光线将在三棱镜第 2 个折射面上发生全反射,刚好发生全反射时第 1 个光学面的入射角为三棱镜能发生全反射的最大入射角。如图 3 所示,设三棱镜的顶角为 A,当入射光线入射到 AB

6、 面上,发生折射,入射角为 i,折射角为 r,折射光线入射到 AC 面上,并恰好在 AC 面上发生全反射。第 4 页四、实验的创新之处五、实验结果（包括实验数据、数据分析、实验结论等）次数 1 2 3 4 5位置 1223202233422327223422328游标 1位置 2 343183433134324 34334322位置 1 432043354330 4354326游标 2位置 2 163121632416318162551631511955 11952 1195211953119521、自准法仪器误差为次数 1 2 3 4 5游标 1 525 524 5210 5215 5210

7、谱线开始反向移动的位置游标 2 2326 23210 2324 23210 2325移去三棱镜后游标 1 11529 11524 11520 11515 11510第 5 页平行光管狭缝像的位置游标 2 29520 29510 29515 29510 29510179 179431795217955180202、三棱镜玻璃折射率的测定（记录汞紫光）仪器误差为 .由表格 1 ， 算出 的平均值 = =605554321,=0.17仪ju=0.72 ,251iis(p=0.683) =0.67 ,tp=0.673 ,2683.0j测量结果表示 ： ，683.0有公式， 得出三棱镜顶角 A= ，o有

8、表格 2 ， 算出最小偏向角的平均值 = ，=18010min541= 7.25 ，2mini51min s第 6 页=8.50 （p=0.683） ，minstp=8.52 ,2683.0minju测量结果表示 ： ，683.0inin由公式 ， 算出三棱镜玻璃折射率 =1.743 siAn = 1.732.总结 ：通过查一些资料发现，不同的材质不一样 玻璃一般是 紫 1.532 但是因玻璃的制作工艺不同也会有不同的材质，紫光在三棱镜下的直射率也会有所不同。可能与测量环境有关，例如：光线的问题等。还与读数误差，光学仪器的磨损有关。在这次实验中也遇到了许多困难，主要是因为自己在实验之前准备的不够充分，对实验过程还不够熟悉，动手能力较差，意识到这些，在以后的实验中会多加注意。第 7 页第 8 页指导教师意见：指导教师：年 月 日说明：1、研究现状：综述其他人对该实验项目的研究情况，取得了哪些成果。2、参考文献：包括书刊、杂志、网络资料等。