玻璃折射率的测定,物理实验报告

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E≤1%。

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小型塑料封口机最小偏向角的测定

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也随之改变，即偏向角发生变化。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。可以证明棱镜材料的折射率与顶角及最小偏向角的关系式为

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的读数和游标2的读数。转动游标盘，再试AB面对望远镜，记下游标1的读数和游标2的读数。游标两次读数之差或者，就是载物台转过的角度，而且是角的补角

3，最小偏向角法测定玻璃折射率

如下图，当光线以入射角入射到三棱镜的面上后相继经过棱镜两个光学面折射后,以角从出射。出射光线和入射光线的夹角称为偏向角。对于给定三棱镜，偏向角的数值随入射角的变化而改变。当入射角为某值时(或者与相等时)，偏向角将达到最小值，称为最小偏向角，由几何关系和折射定，可得它与棱镜的顶角和折射率之间有如下关系：

A.将待测三棱镜放在载物平台，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面；

C.在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入射，在面接受出射光，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	1	2	3	4	5	柴火无烟灶 6
θ1	4°12’	14°0’	37°11’	21°6’	26°50’	22°43’
θ2	184°12’	194°0’	217°11’	201°6’	206°50’	202°43’
θ1’	124°12’	134°0’	157°11’	141°6’	146°50’	142°43’
θ2’	304°12’	314°0’	337°11’	321°8’	326°50’	322°43’
顶角	60°	60°	60°	60°	60°	60°
平均值	60°

最小偏向角：

消防支架

次数	1	2	3	4	5	6
θ’	39°2’	338°0’	329°5’	321°18’	301°6’	288°22’
θ0’	219°2’	158°0’	149°5’	141°18’	121°6’	108°22’
θ	1°8’	300°0推力反向器’	291°5’	283°0’	262°53’	250°16’
θ0	181°8’	120°0’	碱性硅溶胶 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：μA=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运钞箱经玻璃折射出射线与玻璃法线的夹角，t1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:

(1)

由图2关系得:

将sinto和sintl的表达式代入式(1)得：

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：

实验仪器选择：

KF—JCD3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X0，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X0，将其记入表格

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