物理实验方案--玻璃折射率的测定

1、个人收集整理仅供参考学习6 / 5玻璃折射率的测定一、实验任务：测定玻璃折射率二、要求：实验前认真查阅资料，要求设计6种以上测量方法，画出相应的原理图，写出实验设计方案。三、实验方案作图法测玻璃的折射率插针法”测玻璃的折射率是中等物理教学中传统的实验方法，由于大头针有一定粗细，在不太长的距离内其粗细无法忽略，加之插针时由于木板或桌面较硬，难以保证针与纸面垂直，常常产生针位偏移，这将直接影响观测的准确性，导致实验结果误差较大。资料个人收集整理，勿做商业用途 受教学参考读物的启示，现提出作图法供参考。实验器材玻璃砖、三角板、圆规、铅笔、白纸。实验步骤1.在白纸上画直线口,作入射界面，如图i所示，过

2、a/上的一点0作界面的法线NN1,并画有向线段 工0作入射线，则一二 为入射角； 2 .将玻璃砖放在纸上，使其一边与界面 斗"重合，再在玻璃砖另一侧放一三角板，使三角板的一个角 B紧靠玻璃砖的另一界面 bb1,透过三角板的PB边观察入射线A0,并调整三角板位置使 产3边与幺0线起来成一条直线，如图i所示，用铅笔尖记下角B的顶点位置S,移走玻璃砖作有向线段 0B,即。3 为40在玻璃砖中的折射线， MB 折射角，如图2 所示：资料个人收集整理，勿做商业用途.3.以。为圆心，单位长为半径，用圆规作单位圆交 力。的延长线于C, _口, 外口、 用三角板过C作na的垂线交08于口，如图3所示

3、，则0D长度就是 白 史建才 三二：，密.玻璃的折射率的数值。资料个人收集整理，勿做商业用途3实验结果分析OEIOC OD= sm I sin r = 一 一 =OE/OD OC ,又 OC=r = 1, "00。作图法所用材料学生可自备，学校仅提供玻璃砖即可，对基层学校可在教室中完成实验，又 可免去查表与计算。插针法实验原理：光线射向底面平行的玻璃砖后将在玻璃砖内发生偏转，而出射光线与入射光线平行。由插针法可以确定入射光线与出射光线的路径，而由光线在玻璃砖底面上的入射点和出射点可以确定光线在玻璃科内的传播路径，从而能测出光线射向玻璃砖的入射角i和在玻璃砖内的折射角i',由n

4、=sini/sini'即能求出玻璃的折射率。个人收集整理 勿做商业用途实验仪器：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。实验步骤：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。点，取第二枚大头针，垂直插在。点左上方的Q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。点处的大头针，移动观察位置，使两枚大头针位于一直线上。 然后在 玻璃砖下底面CD的下方，沿着OO的方向再在点 Q、Q处插两枚大

5、头 针，观察者应看到插在 O、Q Q、Q的四枚大头针在一直线上。 个人收 集整理勿做商业用途拔下大头针，标好插针点Q、。Q、Q。笔尖贴紧玻璃砖画下它的轮廓线 AECD如图5. 1 1所示。个人收集整理勿做商业用途 2.作图取走玻璃砖，连直线Q。OO,延长QQ交DC边干O',连OO。 过点O作AE的垂线NN ,则QO为入射光线，OO为折射光线，OM 法线，/ QON为入射角i , / O' ON为折射角i ',如图 示。个人收集整理勿做商业用途3.测量计算根据图5. 1-2,有两种计算折射率的方法。(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

6、射定律公式 n= sini /sini '计算出折射率n。个 人收集整理勿做商业用途(2)如图5. 1 2所示，延长OO ,以。为圆心，R(大5. 12 所于100毫米)为半径作圆，分别与入射光线OO交于P,与折射光线 OO的延长线交于 P'。过PP'彳NN的垂 线，垂足分别为 BB',刚 sini = PB/Rsini ' = P' B'PB及P' B',代入上式即可计算出折射率。/Rn= sini /sini ' = PB/P' B'用钢直尺测出做商业用途读数显微镜法实验原理:当我们在空气中观察

7、水中的物体时，由于光线的折射，物体的像的位置会比物体的实际位置高，我们 简单地说物体的位置升高。同样在空气中观察玻璃中 某物时，其位置也会升高，如图 5. 22所示。在厚 度为d折射率为n的玻璃下底面上有一点P,在空气中沿着QO'的方向观察时，P点的位置在P',升高 了 h,根据折射定律nsini /sini '。从图中可知，sin i=OO'/O'P,sin i=OO'/O'P',所以 n=sin I /sin i=O'P/O'P'.当观察者从 M方向垂直观察时，入射角i ' 及折射角i '

8、;均很小，O' P接近OP,O' P'接近OP , 则n=OP/OP'=d/(d-h).测出玻璃砖厚度 d,用读数显微 镜测出点P升高的高度h,折射率n可按上式求得。个 人收集整理勿做商业用途个人收集整理勿实验仪器：玻璃砖(J2506型)，立式读数显微镜，游标卡尺，白纸。实验步骤:1 .在白纸上写一个笔划较多的小中文字，例如“镜”字，放在显微镜的载物台上，仔细调节调焦手轮，在显微镜中清晰地看到“镜"字，在游标尺上读出刻度值X0O个人收集整理勿做商业用途2 .把J2506型玻璃砖盖在“镜”字上，此时显微镜中看不到“镜”字。转动调焦手轮，使显微镜镜筒上升，

9、直至能清晰地看到“镜”字，记下刻度值x,显微镜镜筒上升的距离h= xo-xo个人收集整理勿做商业用途3.用游际卡尺测出玻璃砖的厚度d,代入公式n=d/（d-h）,计算折射率n。重复三次求出平均值。读数显微镜法测定玻璃砖的折射率参考资料先在烧杯底贴上有字的纸，再倒入适量的水。在读数显微镜的游标尺上读出相应的刻度值xo和x,测出水的深度d,即可算出水的折射率。个人收集整理勿做商业用途在没有读数显微镜的地方，可以用下面的方法测量。.A +6min从一定距离外看与眼睛在同一直线上的两个物体（如火柴棍），如这两个物si0 -2 一 体不n -在同一位置，则移动眼睛的位置会感到两物体的相对位置在变化，这种

10、由于眼. A 睛位sin置的变化而引起物体相对位置的变化叫视差；如果两物体在同一位置，则无论2 眼睛怎样移动均看不出物体的相对位置有什么变化，这时称两物体间无视差。个人收集整理勿做商业用途最小偏向角法丹棱镜玻璃的折射率，可用测定最小偏向角的方法求得。如图A1所示，MBC是三棱镜的主截面，波长为 £的光线以入射角ii投/ 射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后以11角从AC面/ -1 一 "Y出射，出射光线与入射光线的夹角5称为偏向角。S的大小随入射/ 1Y.角ii而改变。可以证明，在入射线和出射线处于光路对称的情况P iPX'ii' 下，即ii =il

11、'时，偏向角有极小值a min ,称为棱镜的最小偏向角。/、工它与棱镜的顶角A和折射率n之间有如下关系：个人收集整理勿做商B L' C业用途图1（1）因此，只要测得 A和6min就可用上式求得待测棱镜材料的折 射率。测定最小偏向角的方法：1 .调节分光计到使用状态，即调节三棱镜的主载面与分光计主轴垂直2 .测定最小偏向角 Bmin。用汞灯照亮平行光管狭缝，使平行光管出射平行光，将载物台与游标盘固定在一起，望远镜与刻度盘固定在一起。转动载物台和望远镜，使平行光管、三棱镜、望远镜处于图2所示的位置，此时可在望远镜中观察到汞灯经棱镜 AB和AC面折射后形成的彩色光谱（即按不同波长依次

12、排列的狭缝的单色像）。个人收集整理勿做商业用途将望远镜对准其中的某一条谱线（如绿色谱线，九=546.1nm），慢慢转动游标盘，以改变入射角八，使绿色谱线往偏向角减小的方向移动，同时转动望远镜跟踪谱线，直到载物台继续沿原方向转动时，绿色 谱线不再向前移动却反而向相反方向移动（偏向角反而增大）为止。这条谱线移动的反向转折位置就是棱 镜对该谱线的最小偏向角的位置。固定载物台和游标盘，然后将望远镜的叉丝竖线对准绿色谱线的中间，记下两游标的读数 4、°2。保持个人收集整理 勿做商业用途图2载物台不动，取下三棱镜，转动望远镜直接对准平行光管，使叉丝竖线对准狭缝中心，记下此时两游标的 读数力、12

13、 ,则min 口； 一& *(2)2即为绿色谱线所对应的最小偏向角。若已知三棱镜的顶角 A=60.00 °,将每min值代人式（1）就可求得棱镜材料对该波长的折射率。阿贝折射仪法实验原理：应用阿贝折射仪测量物质的折射率的方法是建立在全反射原理基础上的掠入射法。如图1所示。光由折射率为n的介质射入折射率为N的介质时，由折射定律知，入射角i与折射角r有以下关系： Nsini=Nsinr（1）如果nv N,即光由光疏介质射入光密介质时，折射光靠近法线，亦即rvi。入射角可取由0°到90°的任何一数值，由式（1）折射角亦具有对应的某个数值。当入射角达最大值i=90

14、°时，折射角达最大值 尸r。c此时的入光线称掠射光线，对应的折射角称为折射临界角或又称全反射角，以此代入（1）式得nsin90=Nsin rc;n=N=sin rc个人收集整理 勿做商业用途（2）已知N值，则测出折射临界角即可算出待测介质的折射率no（六）掠入法仪器阿贝折射、钠光灯、水及被液体原理1、掠入射法:将折射率为n的待测物质放在已知折射率为 m的直角棱镜的折射成AB上，且n<m。若以单色光源照射分界成AB时，则从图1可以看出：入射角为九/2的光线I将掠射到AB界面而当光线I射到AC面，再红折射而进入空气时，设在 AC成上的入射角为巾，折射角为小，折射进入三棱镜内。显然，其折射角 满足关系式个人收集整理勿做商业用途ic应为临界角,因而(D图1掠入附送原理示意则有sin伊二小汕则除掠入射光线I外，其他光线例如光线II在AB面上的入射角均小于九/2,因此红三棱镜折 射最后进入空气时，都在光线I,的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时，视场中将看到 以光线I '为分界线的明暗半荫视场，如图 1所示。个人收集整理勿做商业用途由图2可以看出，当三棱镜的棱镜角 A大于角I