用读数显微镜测量玻璃的折射率

大学物理实验报告实验名称：用读数显微镜测量玻璃的折射率(4.8)学院： 专业： 班级：学号： 姓名： 电话：实验日期：2019年11月29日第十二周星期五第7〜8节实验室房间号： 实验组号：415 第2组成绩指导教师董丹阳批阅日期年月曰

1.实验目的：熟悉读数显微镜结构及使用方法；了解视深法、插针法测量介质折射率基本原理；掌握测量介质折射率的几种方法；测量固体和液体的折射率。2.实验器材：名称编号型号精度读数显微镜0.1mm小玻璃块大玻璃砖三棱镜水杯大头针图钉纸板直尺白纸实验原理（请用自己的语言简明扼要地叙述，注意原理图需要画出，测试公式需要写明）一、视深法测量小玻璃块和水的折射率1.折射定律及折射率光的直线传播、光的反射、和光的折射三个实验定律构成了几何光学的基础，是各种光学仪器的设计的理论根据。n二空（i为入射角，Y为折射角）sinh'为观察介质中的物体深度（视深度）。如果以近似垂直于分界面的角度观察介质下物体时，即入射角和折射角都很小，可推导实际深度与视深度之比等于介质的折射率。hn=hr二.利用插针法测大块玻璃砖和三棱镜的折射率插针法确定光路的基本原理为：当光线进入两面平行的玻璃砖时，出射光线跟入射光线相比只有一定的侧移，只要找出与某一入射光线对应的出射光线，就能求出在玻璃中对应的折射光线，从而求出折射角，根据折射定律，就可以求出玻璃砖折射率。测三棱镜折射率也是如此。当后两枚大头针与前两枚大头针在玻璃中的虚像处于同一视线上时，四枚大头针处于同一光路上。实验内容与步骤实验一利用视深法借助读数显微镜测量小玻璃块的折射率先向上移动物镜筒将其移至较高的位置，并调节横向移动手轮，使物镜筒移至中间位置。然后调节显微镜的目镜，直到从目镜中能清晰地看到镜内叉丝像。将带有“+”记号的纸片平放于载物台上，再上下左右调节显微镜筒，使通过显微镜能看到清晰的“+”记号的像，并要使“+”的像和叉丝的像无视差，然后从标尺上读下显微镜筒的位置x；1再将小纸片平放于小玻璃块的上方，再上下左右调节显微镜筒，使通过显微镜能看到清晰的“+”记号的像，并要使“+”的像和叉丝的像无视差，然后从标尺上读下显微镜筒的位置x；2最后将小纸片放于载物台上，并用小玻璃块压住，再上下左右调节显微镜筒，使通过显微镜能看到清晰的“+”记号的像，并要使“+”的像和叉丝的像无视差，然后从标尺上读下显微镜筒的位置X；3重复上述2-4的操作三次，并记录实验数据。实验二利用视深法借助读数显微镜测量水的折射率将带“+”记号的小纸片固定在水杯的底部，上下左右调节显微镜筒，使通过显微镜能看到清晰的“+”记号的像，并要使“+”的像和叉丝的像无视差，然后从标尺上读下显微镜筒的位置，即水底处的位置坐标x1往水杯中加入适量的水并将另一带“+”记号的小纸片放于水面上,上下左右调节显微镜筒，使通过显微镜能看到清晰的‘+”记号的像,并要使“+”的像和叉丝的像无视差，然后从标尺上读下显微镜筒的位置，即水面的位置坐标x。2移开水面上的小纸片，并将将物镜筒对准水底下的小纸片，上下左右调节显微镜筒，使通过显微镜能看到清晰的“+”记号的像，并要使“+”的像和叉丝的像无视差，然后从标尺上读下显微镜筒的位置,即视像的位置坐标x。3重复上述步骤2和3三次并记录实验数据。实验三利用插针法测大块玻璃砖的折射率把白纸用图钉固定在木板上。在白纸上画一条直线aa'作为界面,过aa'上一点o作垂直于aa'的直线NN作为法线，过o点画一条入射光线Ao,使入射角i适当大些。在Ao线上竖直地插两枚大头针P1、P2,在白纸上放上被测玻璃砖,使玻璃砖的一个面与aa'重合。沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb'.在玻璃砖的bb'一侧的白纸上竖直地立一枚大头针P3,调整视线，同时移动P3的位置，使P3恰好能同时挡住P1、P2的像，把大头针P3竖直插在此时的位置。同样，在玻璃砖bb'一侧再竖直地插一枚大头针P4,使P4能挡住P3本身，同时也挡住Pl、P2的像。移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4作一条直线B0'交bb'于O'点，连接OO',OO'就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为r。用量角器量出入射角i和折射角r的大小。改变入射角i,重复上面的步骤再做三四次。算出不同人射角时，n=四的值，求出几次实验中n的平均值，sin就是玻璃的折射率（或用图像法求折射率：用sini表示纵坐标，用sinY表示横坐标，则图线的斜率就是玻璃的折射率。）X2\br实验四利用插针法测三棱镜的折射率实验步骤同上

实验记录（注意：单位、有效数字、列表）请粘贴“原始数据模板”照片（有教师盖章）请粘贴“原始数据模板”照片（有教师盖章）6.数据处理及误差分析实验A——利用视深法借助读数显微镜测小玻璃和水的折射率:1•测量玻璃块的折射率：1r16.数据处理及误差分析实验A——利用视深法借助读数显微镜测小玻璃和水的折射率:1•测量玻璃块的折射率：1r1.=-(5.0+4.9+4.8)=4.9mnnO*1L]工2•=—(24.8+24.9+2生.7)=24.8mm亠1 31匸71]咒m=_〉门厶=1r3,=-(n.5+11.6+11.4)=H.5mnn“I石-石I124.8-4.91卡

忱)一工J|24-.8—11.5|2•测量水的折射率：I盹i一无nJ_1-6.9|L.33L.32止—以=|竺—空|x2,-x3J_118.0-9.0|n=|(1.33十1.32十1.32)=L.33 1pHrix_n2_j]=i实验B——利用插针法测量大块玻璃砖的折射率:sini sinSr0.777TOC\o"1-5"\h\zFl= = — —13?sinr sin34-D0.559 ''实验C——利用插针法测量三棱镜的折射率:sini和=——sinr1.4^sinisini和=——sinr1.4^sini2°=0.2087.思考题及实验小结还有哪些其他的方法可以测量折射率？⑴偏向角法：对于一个顶角为。、折射率为n待测的棱镜，将它放在空气中，当棱镜第一表面的入射角i1等于在第二表面的折射角折射率测量时，偏向角达到最小值Smin,则用测角仪测定6min和。，然后用n二【sin1/2(6min+9)】/sin9/2求出折射率。⑵自准直法：在测角仪上也可采用自准直法测量材料的折射率。光线在棱镜前表面的入射角为i，使折射光线刚好垂直于棱镜后表面，则反射后的光路与入射光路重合，称为自准直光路。由几何关系知道，此时光线在前表面的折射角f与棱镜顶角9相等，因此根据折射定律n=sini/sin9，测出i和9，即可求得折射率n。⑶临界角法：仪器用阿贝折射仪。如图为折射率n的待测的液体试样涂布在该仪器两块棱镜的接触面间(测固体试样时不需要进光棱镜)。标准棱镜本身的折射率已知为n0,在n0〉n的条件下，光线折射进入标准棱镜。光线入射角不会超过90。，由折射定律知道折射角不会超过90°。因此在仪器视场中看到i与折射率测量对应的max明暗分界线，根据明暗分界线位置的变化便可确定n值。假如光线逆行，则折射率测量正好是发生全反射的临界角，因此称为临界角法。折射率的大小与那些因素有关？⑴折射率与介质的电磁性质密切相关。根据经典电动力学，和分别为介质的相对电容率和相对磁导率。⑵折射率还与波长有关，称色散现象。⑶气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种频率的光都非常接近于1,例如空气在20°C,760mmHg时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空