5-6掠入射法测量棱镜的折射率

物理实验报告

年级专业：姓名：学号：组别：

一、实验名称：掠入射法测量棱镜的折射率

二、实验目的：掌握用掠入射法测定棱镜的折射率的方法

三、实验器材：分光计、双面镜、钠光灯（波长）、棱镜、毛玻璃。

四、实验原理：

1.绝对折射率

光从真空射入介质发生折射时，入射角i与入射角r的正弦之比n叫做介质的绝对折射率，简称折射率。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。由于光在真空中传播的速度最大，故其他媒质的折射率都大于1.同一媒质对不同波长的光，具有不同的折射率，在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。

2.相对折射率

光从介质1射入介质2发生折射时，入射角与折射角的正弦之比叫做介质2相对介质1的折射率，即相对折射率。因此，绝对折射率可以看作介质相对真空的折射率。它是表示两种（各向同性）介质中光速比值的物理量。

如图所示为掠入射法。用单扩展光源照射到棱镜AB面时，以90°入射的光线的内折射角最大，为，其余入射角小于90°的，折射角必小于，出射角必大于，而大于90°的入射光不能进入棱镜。这样，在AC侧面观察时，将出现半明半暗视场。明暗视场的交线就是入射角的光线的出射方向。

由折射定律可知折射率，即，由几何知识得：，

即。

而

则

即

五、实验步骤：

1、分光仪的调整

1）目测粗调

目测粗调“望远镜光轴倾斜调节螺丝”、“载物台调平螺丝”、“平行光管光轴倾斜调节螺丝”分别使望远镜筒、载物台面、平行光管镜筒均大致处于水平状态，并与仪器中心转轴基本垂直。

2）用自准法调整望远镜聚焦于无穷远

（1）旋转 “目镜视度调节螺母”，改变目镜到分划板之间的距离（目镜对分划板调焦），直到分划板上的叉丝线和十字窗口成像清晰为止。

（2）改变分划板到物镜之间的距离，直到十字像成像最清晰，并且十字像与叉丝线无视差。

3）调整望远镜光轴与分光仪的转轴相垂直

平面镜仍竖直置于载物台上，如果望远镜光轴与平面镜镜面垂直，则反射回来的亮十字像与分划板中上叉丝线交叉点完全重合，将载物台旋转180°（因而平面镜也随着转过180°）之后，如果亮十字像与上叉丝线交叉点仍然完全重合，则说明望远镜光轴与分光仪的中心轴垂直。

（1）首先转动载物台使平面镜的一个面对准望远镜，从望远镜中到由平面镜反射的十字像，然后再转动载物台使镜面转过180°，从望远镜中再一次看到由另一面反射的十字像（此时不用考虑十字像与上叉丝线交叉点是否重合）。

（2）用逐次逼近各半调整法，仔细调节每一个反射十字像的位置。先用望远镜到一个反射十字像，当十字像与上叉丝线交叉点不重合时，此时调节“望远镜光轴倾斜调节螺丝”使十字像与上叉丝线交叉点之间的距离减小二分之一，再调节载物台下面的水平调节螺丝（a1或a2）消除另一半距离，使上叉丝线与亮十字像重合。再将载物台旋转180°，使望远镜对准平面镜的另一面，采用同样的方法调节，如此重复调整，直至转动载物台时，从平面镜前后两个面反射回来的亮十字像都能与分划板的上叉丝线重合为止。

4）调整平行光管

使平行光管发出平行光、平行光管的光轴与中心轴垂直。用前面已调好的望远镜（适合于平行光、光轴与中心轴垂直）为标准调节平行光管。

（1）调整平行光管产生平行光。取下载物台上的平面镜。用钠灯照亮狭缝，从望远镜中观

察来自平行光管的狭缝像，放松“狭缝筒锁紧螺丝”，移动狭缝筒，改变狭缝到会聚透镜之间的距离，直到看见清晰的狭缝像，并与分划板上的叉丝线无视差。此时狭缝处于透镜的焦平面上，平行光管产生平行光。

（2）调整平行光管的光轴与分光仪中心轴相垂直。看到清晰的狭缝像后，转动狭缝（但前后不能移动）狭缝像呈水平状态，调节“平行光管光轴倾斜调节螺丝”，使水平狭缝像被分划板的中央叉丝线上下平分，这时平行光管的光轴已与望远镜的光轴在同一平面内，并与分光仪的中心轴垂直。再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差。

2、采用掠入射法测量三棱镜折射率kvm管理系统

1）由于扩展光源辐射进棱镜的入射角度有一定范围，因此在AC出射面观察出射光时，可看到入射角满足的入射光线产生的各种方向的出射光形成一个亮区，存在两条明暗交线。合理摆放钠灯光源与棱镜入射面的位置，在望远镜中出这个亮区。

2）旋转载物台，使入射到棱镜入射面的光线越来越少，当光源只有入射角约90°的入射光线射入棱镜，望远镜中观察到的视场将由亮区慢慢收窄成为一条清晰的细亮线，此时的亮线就是入射角的光线的出射方向。记录此时亮线的角度

3）测量棱镜的顶角α，计算棱镜的折射率

六、数据采集：

棱镜顶角测量

序号	望远镜位置I		望远镜位置II		A
序号	左游标窗口	右游标窗口	左游标窗	右游标窗口	A
1	31°0′	211°0′	151°0′	331°0′	60°0′
2	189°24′	9°23′	69°32′	249°28′	60°36′
3	358°34′	178°27′	118°40′	298°39′	59°51′
4万能接收器	79°2′	259°2′	199°0′	19°0′	60°0′
5	160°16′	34光管0°20′	40°19′	220°15′	59°59′
6	127°47′	307°50′	7°55′	187°49′	60°3.5′

= 60°0′ ,

2.13′2′ 60°0′2′

掠入射法测量三棱镜折射率

漂浮大陆台风实时监控系统

序号		棱镜面正对的刻度	细亮线对应的角度	掠入射角
1	游标1	352°21′	313°10′		39°11′
1	游标2	172°25′	133°25′		39°13′
2	游标1	352°9′	312°55′		电化学传感器 39°14′
2	游标2	173°11′	133°57′		39°14′
3	游标1	318°45′	279°30′		39°15′
3	游标2	138°44′	99°31′		39°13′