实验：漫反射法测量玻璃折射率

1、实验：漫反射法测量玻璃折射率一.实验目的1. 观察漫反射及全反射的实验现象。2. 用漫反射法测量玻璃折射率。二实验原理全反射：由折射定律可知，当光从光密介质进入光疏介质时（光密介质折射率n 2大于光疏介质折射率ni），随着入射角的增加，折射角也会随之增加，当入射角增大到某角度时，折射角变成90度，继续增大入射角光线，光线将全部返回到光密介质中，折射光线消失，即光能量没有透射损失，这种现象称为全反射。临界角：使折射角成 90度的入射角称为临界角，由折射定律可知，临界角C满足sin c = n门2。纸巾的作用是用来发散激光光束的。本实验涉及三种不同折射率和两个全反射角。空气折射率n1 1，待测玻璃

2、折射率n2,水的折射率n3疋1.33。三实验主要步骤或操作要点实验任务：1. 在玻璃表面贴上蘸水的面巾纸，用激光笔照射纸巾产生光环，观察并记录其特征； 将玻璃另一面浸入水中观察光环消失的现象。2. 用几何光学中的全反射原理分析解释光环产生和消失的物理机理，推导出玻璃折射率与暗环直径间的关系。3. 用直尺测量一块玻璃产生的暗环的直径，并测量玻璃的厚度，从而测得玻璃的折射率。实验步骤：1. 用水蘸湿纸巾，将其贴到玻璃片上；2. 激光笔照射玻璃上的纸巾产生光环；3. 用直尺测量产生的暗环直径和玻璃厚度（在不同位置测5次以上）。4. 观测完光环后，将任意玻璃片的另一面浸入水中，观察光环消失的现象。实验

3、注意事项：1、禁用大功率激光。2、不要让激光直射或者反射入眼睛，以免造成视力损伤。3、玻璃或塑料片的边沿不要过于尖锐，以免划伤。 四实验数据次数12345塑料片厚度 d/cm1.151.131.151.141.16暗环半径R/cm1.982.002.032.001.99观测完光环后，将任意玻璃片的另一面浸入水中，观察到光环消失。 五数据处理本实验默认玻璃（塑料）片下方是空气（ n1疋1）o次数12345塑料片厚度 d/cm1.151.131.151.141.16暗环半径R/cm1.982.002.032.001.99暗环直径D/cm3.964.004.064.003.98一般玻璃（塑料）的折射

4、率n2约为1.5，比空气和水的折射率都大，所以根据本实验的装置可知，只有在玻璃（塑料）片下表面会形成全反射条件，而玻璃（塑料）片上方覆盖的水膜 厚度可以忽略不计，因此所观察到的暗环正是由于下表面的全反射产生的。为了推导方便，将激光发射处视为1个点，则有sin C =sin （ arctan （ D/4d ）,又sin c = n n2,并取 n1 1,所以 n2=1/（sin（arctan （D/4d）。将上述数据代入这一公式，有 n21=1.523 , n 22 =1.508 , n 23 =1.511 , n24 =1.516 , n 25 =1.530,计算得 花=1.522，计算n2的

5、A类不确定度，有SA“21nJ2 仏2 n2）2（门23门2）（n24 n2） （n25n2） =4.83x10 3，相对5x4误差 E=0.32%, P=68.3%。六.实验结论及现象分析 实验结论： n2=1.522 0.005 , E=0.32%, P=68.3%。现象分析：激光笔照射玻璃上的纸巾时，由于玻璃片下方空气的折射率与上方的水折射率不相等，且均小于玻璃折射率，而空气的折射率又小于水的折射率，所以被散射的光透过纸巾后必然有成分在满足全反射临界角时发生全反射，会产生一个暗环。当玻璃片的另一面也浸入水中，观察到光环消失，这是因为此时不会发生全反射，光会直接透过玻璃进入水中， 发生折射

6、（透射），反射的成分较小，几乎观察不到，也就没有光环。七讨论问题1. 激光笔出射的激光光束相对玻璃平面的倾斜角度是否会对圆环直径的测量产生很大影响？原因是什么？不会，倾斜角度的改变只会影响光环的完整性和明暗程度，不会影响光环直径的大小。因为本实验是在经纸巾散射激光后形成光源，在玻璃下表面形成全反射光， 并根据这一全反射光进行测量，与激光光束相对玻璃平面的倾斜角度无关。2. 实验中纸巾为何需要蘸水才能观察到光环？如果不蘸水是何实验现象？纸巾的作用是用来发散激光光束的。纸巾较粗糙的表面可以产生漫反射，从而使纸巾散射激光后形成面光源，而水可以使纸巾与玻璃（塑料）表面紧密接触，并在纸巾和玻璃（塑料）

7、表面均匀形成一层水膜，使光源发出的光可以大部分射入玻璃（塑料），在玻璃上下表面形成全反射光，从而可以观察出暗环。 如果不蘸水则由于光透射不明显和接触不紧密，只能观察到被漫反射的激光光点，观察不到暗环。3. 玻璃不贴纸巾的另一侧浸入水中后光环现象为何消失？没有纸巾，激光束不会被散射，不发生漫反射，因此只对玻璃（塑料）片发生镜面反射和折射，很难发生全反射，只在上下表面形成两个近乎重合的反射激光的光斑，光环消失。4. 从原理上分析排除等倾干涉对所观测光环的解释。等倾干涉暗环和明环的直径与激光入射角有关，但是，本实验所测的暗环直径与激光入射时的倾斜角度无关，所以可以排除等倾干涉对所测光环的影响。八.对本实验的意见、建议、感想和体会1. 为更精确测量玻璃厚度及避免玻璃制作时薄厚不均匀带来的影响，建议用千分尺测量玻璃厚度。为了便