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1、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EW1%。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
2、改变，即偏向角15 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 占面。可以证明棱镜材料的折射率都与顶角比及最小偏向角的关系式为此源落十.asin 2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a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 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的读数气和游标2的读数9。转动游标盘，再试AB面对望远镜，记下游标1的读数Q 和游标2的读数
3、0 。游标两次读 212数之差或者|。2就是载物台转过的角度，而且是a角的补角0 -0a= 180。一 212+ 0 -0B -013,最小偏向角法测定玻璃折射率如下图，当光线以入射角i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E角从AC出射。出射光线和入射光线的夹角5称为偏向角。对于给定三棱镜，偏向角5的数值随i5入射角1的变化而改变。当入射角i1为某值时（或者i1与，2相等时），偏向角5将达到最小值5 0，5 0称. A + 5 八sin02 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：n =asin 2AA. 将待测三棱镜放在载
4、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
5、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：次数1234560 14 1214 037 1121 626 5022 4302184 12194 0217 11201 620650202 430 1124 121340157 11141 6146 50142 430 2304 12314 0337 11321 8326 50322 43顶角606060606060平均值60最小偏向角:次数1234560，39 2，338 0，329 5，321 18，301 6，288 22，0 0，219 2，158 0，149 5，141 1
6、8，121 6，108 22，01 8，300 0，291 5，283 0，262 53，250 16，0 0181 8，1200，111 5，103 0，82 53，70 16，最小偏向角37 54，38 0，38 0，38 18，38 13，38 6，平均值38 5，测定玻璃折射率为:n=1.5测量最小偏向角的不确定度为：uA=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，L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
7、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：观察点F物图2 测量原理图得:由图2关系得:sm ,asin t.=,1 时砂+萨将sinto和sintl的表达式代入式n Va2 + D2为帝+ (。一驻)意当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
8、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：DTt =口 - (AF实验仪器选择：KFJCD3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
9、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乂，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，从目镜中清晰观图3 .物屏察到物屏像时，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X，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次数123厚度D (mm)14.1414.1214.14读数显微镜读数次数123Xo81.61880.57490.837Xi86.43185.80794.910参考文献1杨宏汝
10、.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O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0、O点处的大头针，移动观察位置，使两枚大头针位于一直线
11、 上。然后在玻璃砖下底面CD的下方，沿着OO的方向再在点O、O处插两枚大头针，观察者1一23应看到插在OO、O2、O3的四枚大头针在一直线上。拔下大头针，标好插针点O、O、O、O。1232.作图取走玻璃砖，连直线OO、O2O，延长。3。2交DC边干O，Qb连OO，。过点O作AE的垂线NN2 3,则O。为入射光线，OO，为j n ；折射光线，ON为法线，/OON为入射角i，ZOz ON为折射角8 一: A i，如图 5. 1 2 所示。1、P3.测量计算。国1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。入射角504560折射
12、角302835，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i，其出射角最小为；入射角小于90的，折射角必小于i，出射角必大于i；大于2max1min2max1min90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 =90。的光线的出射方向。1. .1由折射定律可知折射率n = -i:一，即sm l2ma = 一，由几何知识可以得到：i2max +12= A
13、，2max即 i = A i o而 n = sn、in = sin 1min =sin 1minsin i sin( A i ) sin A cos i cos A sin isin i= 1mjnsin A - ；1 (上)2 cos A - nnn sin i . = sin A Jn2 1 cos Acos A + sin i、.n n = ： ( )2 + 1【3】从此可以看出，只要测得i1min和顶角A就可求得该三棱镜的折射率，而i1min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。毛玻璃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i1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.讪 i1 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i1 iimin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
