毕业设计(论文)几种不同的方法测定玻璃的折射率.doc
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1、 内容摘要:本文采用了几种不同的方法测定玻璃的折射率,介绍了几种常用的测定玻璃折射率的方法.例如:最小偏向角法测定玻璃的折射率,读数显微镜法测定玻璃的折射率,插针法测定玻璃的折射率,掠入射法测定玻璃的折射率等.通过几种不同的方法来比较哪种方法更精确,误差更小.以及相应的误差的来源等等.关键词:玻璃 折射率 分光计 读数显微镜 布鲁斯特角装置 三棱镜 光具座 Abstract: in this paper, using several different methods for the determination of the refractive index of the glass, des
2、cribes several commonly used for determination of refractive index of glass method. For example : the angle of minimum deviation method for the determination of the refractive index of the glass, a reading microscope method for the determination of the refractive index of the glass, pin method for t
3、he determination of the refractive index of the glass, grazing incidence method for the determination of the index of refraction of glass rate. Through several different methods to compare which method is more accurate, the error is smaller. And the corresponding error sources and so on.Key words: o
4、ptical glass refraction Brewster angle microscopy spectrometer reading device three prism optical bench引言: 折射率是物质的一种重要的光学常数,在工农业生产及许多科研部门都会折射率的测量问题。测量折射率的方法很多,较简单的方法有插针法,读数显微镜法,较精确的是利用分光计来测定的棱镜法。即把玻璃做成棱镜,用分光计来进行测量。分光计是一种用于角度来精确测量的典型光学仪器,常用来测量光波波长,折射率,色散率,光测光谱等。而用分光计对棱镜折射率的测量又可分为最小偏向角法,布儒斯特角法,折射极限法等.
5、 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E1%.折射率是介质材料光学性质的重要参量。1 用最小偏向角法测量三棱镜的折射率:1.1实验仪器和用具分光计,玻璃三棱镜,钠灯。1.2实验原理图3将待测的光学玻璃制成三棱镜,可用最小偏向角法测其折射率n测量原理见图3,光线代表一束单色平行光,以入射角i1投射到棱镜的AB面上,经棱镜两次折射后以i4角从另一面AC射出来,成为光线t .经棱镜两次折射,光线传播方向总的变化可用入射光线和出射光线t延长线的夹角来表示,称为偏向角
6、由图1可知(i1i2)(i4i3)i1i4A此式表明,对于给定棱镜,其顶角A和折射率n已定,则偏向角随入射角i1而变,是i1的函数.用微商计算可以证明,当i1i4或i2i3时,即入射光线a和出射光线t对称地“站在”棱镜两旁时,偏向角有最小值,称为最小偏向角,用m表示.此时,有i2A/2, i1(Am)/2,故。用分光计测出棱镜的顶角A和最小偏向角m ,由上式可求得棱镜的折射率n1.3实验内容和步骤:棱镜角的测定置光源于准直管的狭缝前,将待测棱镜的折射棱对准准直管,由准直管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。在棱镜的另外两侧分别找到狭缝像与竖直叉丝重合,分别记录此时分光计的读数,望远镜的
7、两位置所对应的游标读数之差为棱镜角A的两倍。最小偏向角的测定将待测棱镜按图4所示 用钠灯(汞灯)照亮狭缝,使准直管射出平行光束。放置在棱镜台上,转动望远镜至位置,使能清楚地看见纳光经棱镜折射后形成的黄线(或汞灯经棱镜色散后所形成的光谱) 图4测定最小角1 图5测定最小角2刻度内盘固定。缓慢转动载物台,改变入射角,使谱线往偏向角减小的方向移动,用望远镜跟踪谱线观察。当载物台转到某一位置,该谱线不再移动,如继续按原方向转动载物台,可看到谱线反而往相反的方向移动,即偏向角变大。该谱线偏向角减小的极限位置即为最小偏向角位置。反复实验,找出谱线反向移动的确切位置。固定载物台,微动望远镜,使叉丝中间竖线对
8、准谱线中心,记录此时分光计的读数。转动载物台,使光线从待测棱镜的另一光学面入射,转动望远镜至对称位置,使光线向另一侧偏转,同上找出对应谱线的极限位置,相应的游标读数为。同一游标左右两次数值之差是最小偏向角的2倍,即1.4数据记录表1:玻璃顶角角度次数123项目表2:最小偏向角次数1231.5数据处理玻璃的顶角A分光计的B类误差: 最小偏向角分光计的B类误差: = 玻璃折射率n2 用布儒斯特角法测玻璃折射率2.1实验仪器和用具布鲁斯特角装置,方玻璃砖,三棱镜,激光器,光具座。2.2实验原理非金属镜面的反射。当自然光从空气照射在折射率为n的废金属面(如玻璃、水等)上时,反射光与折射光都将成为部分偏
9、正光。当入射角增大到某一特定值时,镜面反射光成为完全偏振光,其振动面垂直于入射面,这时入射角称为布鲁斯特角,也称起偏振角,由布鲁斯特定律得tan=n。其中n为折射率。2.3实验内容和步骤如图2,在起偏器P1后,插入测布鲁斯特角装置,再在P1和装置之间插入一个带小孔的光屏。调节玻璃平板,使反射光束与入射光束重合。记下初始角。一面转动玻璃平板,一面同时转动起偏器P1,使其透过方向在入射面内。反复调节直到反射光消失为止,此时记下玻璃平板的角度,重复测量三次,求平均值,算出布鲁斯特角。:激光器 :起偏器 :带小孔光屏 :玻璃三棱镜P2 图22.4数据记录 次数角度1232.5数据处理玻璃的布鲁斯特角读
10、数盘产生的B类误差: 玻璃的折射率n 3 掠入射法测定玻璃折射率3.1实验原理 采用掠入射法测量棱镜折射率,如下图所示,用单色面扩展光源(钠光灯前加一块毛玻璃)照射到棱镜AB面上。当扩展光源出射的光线从各个方向射向AB面时,以90入射的光线1的内折射角最大为,其出射角最小为;入射角小于90的,折射角必小于,出射角必大于;大于90的入射光线不能进入棱镜。这样,在AC面用望远镜观察时,将出现半明半暗的视场(如下图所示)。明暗视场的交线就是入射角为=90的光线的出射方向。由折射定律可知折射率,即,由几何知识可以得到:,即。而=【3】从此可以看出,只要测得和顶角A就可求得该三棱镜的折射率,而就是入射角
11、i=90时明暗视场分界线方位与法线方位的夹角。原来的掠入射法实验中明暗视场的分界线就是90入射光线的出射线,但由于扩展光源辐射进棱镜的入射角度具有一定的范围,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;90的入射光线被毛面BC面挡住不能进入棱镜而在出射面形成暗区;在的区域由于没有光线进入棱镜,在出射面相应的区域形成暗区。结果望远镜中出现的视场如图(a)所示,为一亮柱,存在着两条明暗分界线。如果我们顺时针缓慢旋转载物台,随着入射光线角度的不断增大,如图(b)所示,能够进入到棱镜的光线不断减少;2线的入射角增大到约90,一线的入射角大于90;入射角大
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