.课 程 论 文 题目：用多种方法测玻璃折射率 班级：13物理学本科班 姓名： 盛丽娟 学号： 130800040 指导老师： 尹真 精品.用多种方法测玻璃折射率13物理本科： 康庆 明月 盛丽娟指导老师：尹真一、 实验任务：测定玻璃的折射率，要求测量精度E1二、 实验要求：1.收集测定各种折射率的方法，并进行对比研究2.提出5种测量玻璃折射率的设计方案，每种测量方案包括测量原理、光路安排、实验仪器选择、实验参数估算、实验步骤、注意事项、参考资料等3.根据实验室现有的条件和实验情况，选择三种可行的测量设计方案进行试验，在试验过程中对该方案逐步修改完善4.实验中为达到要求的测量精度，须选择和估算实验参数，并进行重复测量，设计表格记录实验数据5.实验操作步骤完成后，检查实验结果，至少对其中一种方案进行数据处理和误差分析，完成最终的实验报告 和误差分析，完成最终的实验报告 三、 实验方案： 插针法【实验题目】用插针法测定玻璃砖折射率【实验目的】测定玻璃砖的折射率。【实验器材】平木板、 白纸、 玻璃砖、 大头针4枚、 图钉4个、 量角器（或三角板或直尺）、 铅笔【实验原理】用插针法确定逃跑，找出跟入射线相应的折射线；用量角器测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率 。实验参数估算：1.31.9。【实验步骤】（1）如图所示，在用4个图钉钉好的白纸上画一条直线 ，aa作为界面。（2）过aa上的一点O画出界面的法线NN。（3）过O点画一条射线AO作入射光线。（4）在射线AO上插上两枚大头针P1、P2。（5）把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一条长边跟aabb两条线准确地落在玻璃砖的两个平行的折射画里，这样，由作图画出的入射光线AO、出射光线BP与aa、bb的交点O、O才能与光线的实际入射点相符，否则将使画出的玻璃中折射光线的光路与实际偏离，因此作图时要用细铅笔。精品.（6）在观察的这一侧即光线的出射面bb一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2、P3的像，记下P3、P4的位置。（7）移去玻璃砖连接P3、P4并延长交bb于O，连接OO即为折射光线，入射角=AON，折射角=OON。（8）改变入射角，重复实验步骤，列表记录相关测量数据，计算每次折射率n求出平均值 。【注意事项】1. 玻璃砖要选用宽度较大的，宜在5厘米以上，若宽度过小，则测量折射角度值的相对误差增大；用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面；2. 入射角i应在1575范围内取值，若入射角过大。则由大头针P1、P2射入玻璃中的光线量减少，即反射光增强，折射光减弱，且色散较严重，由玻璃砖对面看大头针的虚像将暗淡，模糊并且变粗，不利于瞄准插大头针P3、P4。3. 若入射角过小，折射角将更小，测量误差更大，因此画入射光线AO时要使入射角适中。4. 上面所说大头针挡住大头针的像是指“沉浸”在玻璃砖里的那一截，不是看超过玻璃砖上方的大头针针头部分，即顺P3、P4的方向看眼前的直线P3、P4和玻璃砖后的直线P1、P2的虚像是否成一直线，若看不出歪斜或侧移光路即可确定。5. 大头针P2、P3的位置应靠近玻璃砖，而P1和P2、P3和P4应尽可能远些，针要垂直纸面，这样可以使确定的光路准确，减小入射角和折射角的测量误差。【实验数据】【数据处理】 此实验是通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，找出入射角和折射角的正弦值，再代入中求玻璃的折射率。 如图，测得= 45 =27 则n=1.53精品.【注意事项】1. 玻璃砖要选用宽度较大的，宜在5厘米以上，若宽度过小，则测量折射角度值的相对误差增大；用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面；2. 若入射角过小，折射角将更小，测量误差更大，因此画入射光线AO时要使入射角适中。【误差分析】1. 用量角器测得有误差；2. 人眼读数存在误差；3. 数据处理带来误差；4. 实验仪器存在一定的系统误差。除运用此方法之外，还有以下处理数据的方法：处理方式(1)：在找到人射光线和折射光线以后，以入射点0为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与00(或00的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NNl作垂线，交NN于C、D，用直尺量出CC和DD的长。如图3-81所示。 由于， 而CO=DO所以折射率 重复以上实验，求得各次折射率计算值，然后求其平均值即为玻璃砖折射率的测量值。处理方式(2)：根据折射定律可得 因此有 在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sina值为横坐标、以sin值为纵坐标，建立直角坐标系。如图3-82所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。求解图线斜率，设斜率为k，则。故玻璃砖折射率（二）画图法【实验题目】 用画图法测玻璃砖的折射率精品.【实验目的】 测定玻璃砖的折射率【实验器材】玻璃砖、 三角板、 圆规、 铅笔、 白纸【实验原理】同插针法【实验步骤】1 在白纸上画直线作入射界面，如图1所示，过上的一点作界面的法线，并画有向线段作入射线，则为入射角；2将玻璃砖放在纸上，使其一边与界面重合，再在玻璃砖另一侧放一三角板，使三角板的一个角紧靠玻璃砖的另一界面，透过三角板的边观察入射线，并调整三角板位置使边与线看起来成一条直线，如图1所示，用铅笔尖记下角的顶点位置，移走玻璃砖作有向线段，即为在玻璃砖中的折射线， 折射角，如图2所示： 3以O为圆心，单位长为半径，用圆规作单位圆交的延长线于，用三角板过作的垂线交于，如图3所示，则长度就是玻璃的折射率的数值。【实验数据】 精品.【数据处理】如图，可量的 OD=1.527【误差分析】1. 人眼读数存在误差；2. 数据处理带来误差；3. 实验仪器存在一定的系统误差。（三）布儒斯特角法【实验题目】 用布儒斯特角测玻璃砖的折射率【实验目的】1. 了解偏振光的产生和检验方法； 2. 了解布儒斯特定律，并根据其测定玻璃砖的布儒斯特角；3. 应用玻璃砖的布儒斯特角计算其折射率。【实验器材】偏振片（2个）、 布儒斯特角装置、 光屏（带小孔）、 白屏、 钠光灯、 玻璃砖、 光具座【实验原理】1获得偏振光的常用方法(1) 偏振片偏振片是利用某些有机化合物晶体的二向色性。将其渗入透明塑料薄膜中，经定向拉制而成。它能吸收某一方向振动的光，而透过与此垂直方向振动的光，由于在应用时起的作用不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器；用来检验偏振光的偏振片，叫做检偏器。(2）非金属镜面的反射当自然光从空气照射在折射率为n的非金属镜面（如玻璃、水等），反射光和折射光都将成为部分偏振光。并且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，这时入射角称为布儒斯特角，也称为起偏角。由布儒斯特定律得： tan0=n 其中n为折射率。精品.对于各种不同材料的玻璃，已知其相对折射率n的变化范围在1.50到1.77之间，则可得布儒斯特角约在5660之间。此方法可用来测定物质的折射率。【实验步骤】1. 在光源至光屏的光路上插入起偏器P1，旋转P1，观察光屏上光斑强度的变化情况；2. 固定P1的方位，旋转P2，旋转360，观察光屏上光斑强度的变化情况。3. 在起偏器P1后，插入测布儒斯特角的装置，再在P1和装置之间插入一个带小孔的光屏。调节玻璃砖，使反射的光束与入射光束重合，记下初始角1。 4. 调节玻璃砖，使反射光束与入射光束重合，记下初始角1；5. 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，此时记下玻璃砖的角度，重复测量三次，求平均值。算出布儒斯特角。【实验数据】15051502106.8107.8106.9【数据处理】1=（50+ 51+50）/3=50.32=（106.8+ 107.8+106.9）/3=107.20=2-10=107.2-50.3=56.9又n=tan0 n=tan56.9=1.531、2的A类不确定度为：UA =UA1=UA2=/3=1/3=0.0581的B类不确定度为：UB1=0.3332的B类不确定度为：UB2=0.318又U=（UA2+UB2） U1=0.335U2=0.323U0=（U12+U22）=0.465n的不确定度为：Un=0.024玻璃砖的折射率为：n=1.530.02【注意事项】1. 实验中各元件不能用手摸，实验完毕后按规定位置放置好。2. 实验完毕要整理仪器，打扫卫生，保持实验室整洁。【误差分析】精品.1. 人眼读数存在误差；2. 数据处理带来误差；3. 实验仪器存在一定的系统误差。（四）掠入射法【实验题目】 用掠入法测三棱镜的折射率【实验目的】1. 了解掠入法原理；2. 用掠入法测定三棱镜的折射率。【实验仪器】 分光计、 玻璃三棱镜、 钠光灯、 毛玻璃、 平面反射镜、 放大镜【实验原理】在分光计上用掠入法测定三棱镜的折射率,要求单色扩展光源,以提供各方向的入射光,形成清晰的明暗分界线。如图,用单色扩展光源照射到顶角为A的玻璃三棱镜的AB面上,以AC面以角射出,根据折射定律n0sini=nsinr,nsinr=n0sin,式中n0和n分别是空气和玻璃的折射率,考虑到r+r=A和n0=1可得n=1/sinAsin2isin2A+(sinicosA+sin)2,由图可得,对于入射角i90的光线(如1,2,3等)均可进入三棱镜,在AC面出射光线123形成亮场,而入射角i90的光线无法进入三棱镜(BC面为非光学面),形成暗场,