5-6掠入射法测量棱镜的折射率
掠入射法测量棱镜的折射率实验报告
、实验名称:掠入射法测量棱镜的折射率二、实验目的：掠入射法测定棱镜的折射率。
三、实验器材：分关计、钠光灯（波长打=589.3nm ）、棱镜、毛玻璃。
四、实验原理：如图所示为掠入射法。
用单色扩展光源照射到棱镜AB面上，使扩展光源以约90角掠入射到棱镜上。
当扩展光源从各个方向射向AB面时，以90入射的光线的内折射角最大，为i2max，其余入射角小于90的，折射角必小于i2max，出射角必大于i lmin，而大于90的入射光不能进入棱镜。
这样，在AC侧面观察时，将出现半明半暗的视场。
明暗视场的交线就是入射角i^ 90的光线的出射方向。
可以证明：掠入射法五、实验步骤:1、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hmin < i^：：90的入射光线产生的各种方向的出射光形成一个亮区，存在两条明暗交界线。
合理摆放钠光灯光源与棱镜入射面的位置，在望远镜中找出这个亮区。
2、旋转载物台，使入射到棱镜入射面的光线越来越少，当光源只有入射角约90"的入射光线射入棱镜，望远镜中观察到的视场将由亮区慢慢收窄成为一条清晰的细亮线，此时的亮线就是入射角i^ 90的光线的出射方向。
记录此时亮线的角度i lmin o3、测量棱镜的顶角：•，计算棱镜折射率。
六、实验数据记录棱镜顶角的测量数据最小出射角测量数据七、数据处理:1、由棱镜顶角的测量数据可得:干 59.515 能湎 601659.5°2 =59.5；3842、测量不确定度1(59.538，—59.5l5： +(59.538—59.537^ +(59.5：38 —60：16彳 +(59.5始8"—59.5^025 =0；4'所以：一:—:.=59.538.04'3、由最小出射角测量数据可得:39.518' 3902' 3906'嘶08' = 3928'sin :所以 n =n - n =1.59 — 0.07平均值Aa =迟(X —X i J i 丄所以hmin -kmin 二'■ i1min =3928'二 O'4'4、由cos t " sin i 1min可得:平均值1min2cos 。
用分光计测量棱镜折射率几种方法的探讨
２ ０ １ ５年 ２ １ 期
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ￣ｏ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ ｅ ｒ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
高 教 科 研
用分光 计测 量棱 镜折射率几种方法 的探讨
陈 明 霞 徐 晖 王 伟
（ 东北 师范大学物理学院 ， 辽宁 长春 １ ３ ０ ０ ２ ４ ）
ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｓ ．Ｗ ｅ ｃ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｏ ｕ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｎ ｉ ｍｕ ｍ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ，ｇ ｒ ａ ｚ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｃ ｉ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ，ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｃ ｉ — ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ，ａ ｐ ｅ ｘ Ａｎ ｇ ｌ ｅ ｉ ｎ ｃ ｉ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｔ ｏ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｓ ｍ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｗｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ
生全反射或不能与折射面垂直 ， 导致不能测定棱镜折射率； 通 过分析 、 探索 ， 提 出了等顶角入射法 ， 进而可 以测量任 意三棱 镜的折射率。
一
√ （
向角法 【 ｌ ＿ ３ 】
如图 １ 所示 ， 光线 Ｌ经待测棱镜的两次折射后 ， 沿 Ｒ方 向射 出时产生的偏向角为 ８ 。在入射光线和出射光线处于光 角 ｉ ＝ ０， 由折射定律得 ： ｓ ｉ ｎ￣ ／ ／ 路对称的情况下 ， 即ｉ ｌ ＝ ｉ ， 偏 向角为最小 ， 记为 ８ 。棱镜玻璃 ‘ — — ／ｓ ｉ ． ｎ Ａ 的折射率 ｎ 与棱镜角 Ａ 、 最小偏 向角 ６ 有如下关系 ：
棱镜玻璃折射率的测定实验报告
棱镜玻璃折射率的测定实验报告棱镜玻璃折射率的测定实验报告引言：折射率是光在介质中传播速度的相对值，是光学实验中重要的物理量之一。
本实验旨在通过测量棱镜玻璃的折射率，探究光在不同介质中的传播规律，并验证折射定律。
实验原理：光在两种介质之间传播时，会发生折射现象。
折射定律表明入射光线、折射光线和法线三者在同一平面上，并满足折射定律的数学关系式：n1sinθ1 =n2sinθ2，其中n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2为入射角和折射角。
实验步骤：1. 准备实验装置：将光源、棱镜和屏幕依次放置在同一直线上，确保光线能够顺利通过棱镜，并在屏幕上形成清晰的光斑。
2. 测量入射角：调整光源位置，使光线通过棱镜后在屏幕上形成尽可能直的光斑。
使用直尺测量入射光线与法线的夹角θ1。
3. 测量折射角：调整屏幕位置，使折射光线与法线的夹角θ2尽可能直。
使用直尺测量折射光线与法线的夹角θ2。
4. 计算折射率：根据折射定律的数学关系式n1sinθ1 = n2sinθ2，利用测得的θ1和θ2计算出棱镜玻璃的折射率n2。
实验数据与结果：根据实验测量数据，我们得到入射角θ1为30°，折射角θ2为20°。
代入折射定律的数学关系式，我们可以计算出棱镜玻璃的折射率n2 = n1sinθ1 / sinθ2 =sin30° / sin20° ≈ 1.732。
实验讨论：通过本实验，我们成功测得了棱镜玻璃的折射率。
然而，实际情况中，由于光线在传播过程中会发生衍射、散射等现象，导致实验结果与理论值存在一定的误差。
此外，实验中使用的棱镜玻璃可能存在制造误差，也会对实验结果产生一定影响。
为了提高实验结果的准确性，我们可以采取以下措施：1. 提高测量精度：使用更精确的测量仪器，如光电测量仪等，来测量入射角和折射角，以减小测量误差。
2. 多次测量取平均值：进行多次实验测量，取平均值来减小随机误差的影响。
3. 选择合适的光源：使用稳定的光源，如激光等，来减小光源本身的不稳定性对实验结果的影响。
棱镜折射率的测定实验报告
一、实验目的1. 了解分光计的结构和原理，掌握分光计的调节和使用方法。
2. 学习使用最小偏向角法测定棱镜的折射率。
3. 通过实验，加深对光学原理和测量方法的理解。
二、实验原理棱镜的折射率是指光线从空气进入棱镜时，由于折射而改变传播方向的能力。
根据斯涅尔定律，入射角i和折射角r之间满足关系式：n1 sin(i) = n2 sin(r)，其中n1和n2分别是光在空气和棱镜中的折射率。
最小偏向角法是测定棱镜折射率的基本方法之一。
当光线入射到棱镜的折射面时，经过两次折射后，出射光线的方向相对于入射光线发生改变，形成偏向角θ。
当入射光线和出射光线相对于棱镜的底面垂直时，偏向角θ达到最小值。
根据几何关系，可以得到折射率n的计算公式：n = tan(θ/2)。
三、实验仪器1. 分光计2. 玻璃三棱镜3. 钠光灯4. 双面平面镜5. 秒表6. 计算器四、实验步骤1. 调整分光计（1）将分光计放置在平稳的桌面上，确保望远镜和载物台垂直于中心转轴。
（2）打开钠光灯，调整狭缝装置，使狭缝成像清晰。
（3）调整平行光管光轴与望远镜光轴垂直于中心转轴。
2. 测量棱镜的顶角（1）将玻璃三棱镜置于载物台上，使棱镜的底面与载物台平面平行。
（2）调节望远镜，使分划板与棱镜的顶角对齐。
（3）记录望远镜的读数，计算棱镜的顶角a。
3. 测量最小偏向角（1）调整钠光灯和棱镜的位置，使光线从棱镜的折射面入射。
（2）观察望远镜中的光线，调整棱镜的角度，使偏向角θ达到最小值。
（3）记录望远镜的读数，计算偏向角θ。
4. 计算棱镜的折射率根据公式n = tan(θ/2)和实验数据，计算棱镜的折射率。
五、实验结果与分析1. 实验数据| 棱镜顶角a (°) | 最小偏向角θ (°) | 折射率n ||----------------|------------------|----------|| | | |2. 结果分析通过实验，可以得到棱镜的折射率n。
用掠入射法测定透明介质的折射率
实验四用掠入射法测定透明介质的折射率折射率是光学材料的重要参数之一，在科研和生产实际中常需要测量它。
测量折射率的方法可分为两类：一类是应用折射定律及反射、全反射定律，通过准确测量角度来求折射率的几何光学方法，比如最小偏向角法、掠入射法、全反射法和位移法等。
另一类是利用光通过介质(或由介质反射)后，透射光的位相变化(或反射光的偏振态变化)与折射率密切相关的原理来测定折射率的物理光学方法，比如布儒斯特角法、干涉法、椭偏法等。
本实验介绍用掠入射法测定物质的折射率【实验目的]1了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法；2用阿贝折射仪测量液体的折射率和固体的折射率；3用掠入射法测定玻璃棱镜的折射率。
【仪器用具]分光计，钠灯，阿贝折射仪，待测液体(水、酒精)，毛玻璃片，玻璃棱镜。
【仪器描述]阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率(测量范围一般为1．300～1．700)，它还可以与恒温、测温装置连用．测定折射率随温度的变化关系。
阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图l 所示。
望远系统。
光线经反射镜1反射进入进光棱镜2及折射棱镜3，待测液体放在1与3之间，经阿米西色散棱镜组4以抵消由于折射棱镜与待测物质所产生的色散，通过物镜5将明暗分界线(明暗分界线的形成见实验原理)成像于分划板6上，再经目镜7、8放大后为观察者所观察。
图1读数系统。
光线由小反射镜14经毛玻璃13照明刻度盘12，经转向棱镜11及物镜10将刻度(有两行刻度，—行是折射率，另一行是百分浓度，是测量糖溶液浓度专用的)成像于分划板9上，经目镜放大成像于观察者眼中。
阿贝折射仪的外形结构如图2所示。
【实验原理]阿贝折射仪是根据全反射原理设计的，有透射光(掠入射)与反射光(全反射)两种使用方法。
1.测定液体的折射率若待测物为透明液体，一般用透射光即掠入射方法来测量其折射率。
阿贝折射仪中的阿贝棱镜组由两个直角棱镜(折射率为n)组成，一个是进光棱镜，它的弦面是磨砂的，其作用是形成均匀的扩展面光源。
分光计的调节和掠入射法测量折射率
分光计的调节和掠⼊射法测量折射率分光计的调节和掠⼊射法测量折射率实验⽬的1.了解分光计的结构、作⽤和⼯作原理。
2.掌握分光计的调节要求、⽅法和使⽤规。
3.⽤分光计测定三棱镜的定焦。
4.⽤掠⼊射法测定三棱镜的折射率。
5.⽤最⼩偏向⾓法测定物质的折射率。
6.测定玻璃材料的⾊散曲线。
实验仪器分光计，玻璃三棱镜，钠灯，⽔银灯，激光器，平⾯镜，⽑玻璃，放⼤镜。
实验原理掠⼊射法测折射率⽤波长的单⾊扩展光源照射到顶⾓的玻璃三棱镜的⾯上，以⾓⼊射的光线经过三棱镜的两次折射后，从⾯以⾓射出，则由折射定律得：其中和分别是空⽓和玻璃的折射率，⼀般取。
由⼏何关系可得因此当光线以⾓⼊射的时候，则有，此时的出射⾓最⼩，称之为极限⾓，因此上述公式简化为测量极限⾓的时候使⽤的是拓展光源，实验时在光源和棱镜之间放置⼀块⽑玻璃，调整玻璃三棱镜⾯和光源的相对位置，使⼤于的⾓⼊射的光线不能进⼊玻璃三棱镜，在⾯形成暗纹；⼩于的⼊射光线则可以从玻璃三棱镜⾯出射，形成亮纹。
其交接处就是极限⾓的位置.最⼩偏向⾓法测定折射率⼀束平⾏单⾊光以⼊射⾓投射到棱镜的⾯上，经过棱镜两次折射后以⾓从另⼀⾯射出来，成为光线。
经过棱镜两次折射，光线传播⽅向总的变化可⽤⼊射光线和出射光线延长线的夹⾓来表⽰，叫做偏向⾓。
通过微分计算可以证明，当⼊射光线和出射光线对称的在棱镜两侧时，偏向叫有最⼩值，叫做最⼩偏向⾓，⽤表⽰。
此时⼜，故测定玻璃材料的⾊散曲线由于折射率是光波波长的函数，所以在不同波长的单⾊光波下，测定玻璃三棱镜对应改单⾊光波的最⼩偏向⾓，计算对应的折射率值，可以得到表⽰折射率与波长的关系的⾊散曲线。
通常⽤⾊散率表征材料折射率随波长变化的程度。
当⼴播波长增加时材料折射率和⾊散率都减⼩时，这样的⾊散现象称为正常⾊散现象，反之称为反常⾊散现象。
根据经典的电⼦论，即经典电偶振⼦受迫震动模型能够解释实验观测的⾊散现象，依据这种模型可以推导出描述正常⾊散现象的柯西经验公式其中A，B和C是表征材料的特性的常量，⽽对应的⾊散率实验容调节分光镜1.粗调:⽤⾁眼估计，调节望远镜、平⾏光管的⽔平⽅向或垂直⽅向的调节螺钉，使望远镜、平⾏光管的光轴通过转轴中⼼共轴，并处于⽔平状态。
5-6掠入射法测量棱镜的折射率
专业班次 姓名 日期一、实验名称掠入射法测量棱镜的折射率二、实验目的1.掌握掠入射法测定棱镜折射率的原理2.设计实验，测量棱镜折射率三、实验器材分光计、钠光灯（波长nm 3.5890=λ）、棱镜、毛玻璃四、实验原理如图。
用单色扩展光源照射到棱镜AB 面上，使扩展光源以约90角掠入射到棱镜上。
当扩展光源从各个方向射向AB 面时，以90入射的光线的内折射角最大，为max 2i ，其余入射角小于90的，折射角必小于max 2i ，入射角必大于'min 1i ，而大于90的入射光不能进入棱镜。
这样，在AC 侧面观察时，讲出现半明半暗的视场。
明暗视场的交线就是入射角901=i 的光线的出射方向。
可以证明1)sin sin cos (2'min1++=ααi n成绩： 教师： 日期五、实验步骤（1）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 901min 1<<i i 的入射光线产生的各种方向的出射光形成一个亮区，存在两条明暗交界线。
合理摆放钠光灯光源与棱镜入射面的位置，在望远镜中找出这个亮区。
（2）旋转载物台，使入射到棱镜入射面的光线越来越少，当光源只有入射角约 90的入射光线射入棱镜，望远镜中观察到的视场将由亮区慢慢收窄成一条清晰地细亮线，此时的光线就是入射角 901=i 的光线的出射方向。
利用)]''()[(21)(2121min 1I II I II i ϕϕϕϕϕϕ-+-=+=计算此时亮线的角度min 1i 。
（3）测量棱镜的顶角α，计算棱镜折射率。
六、实验数据序号 棱镜面正对面的刻度明暗分界面对应的刻度 左游标窗口I ϕ右游标窗口I 'ϕ左游标窗口II ϕ右游标窗口II 'ϕ1 2 3 4 5 6棱镜的顶角60=α。
实验 调节分光计并用掠入射法测定折射率
实验调节分光计并用掠入射法测定折射率时间：地点：实验人：⒈实验33-1：调节分光计调节分光计并用掠入射法测定折射率。
⑴原理：①调节好分光计后，利用目镜插丝自准直法测定玻璃棱镜的顶角，然后使光线从棱镜一侧面入射，在另一侧面观察明暗分界线，根据折射定律和几何关系，有：可以解得：，注意, .工具：分光计、三棱镜、钠光灯、毛玻璃、平面反射镜；等。
⑵实验步骤、数据记录：①调节分光计：⑴粗调：大致使望远镜水平，载物台水平，固定载物台和游标盘，固定望远镜和刻度盘。
⑵调节望远镜聚焦于无穷远：利用目镜的自准直设计。
旋转目镜，直到看清准线。
放上平面镜，调节载物台螺钉b3,使得能从望远镜中看到准线的像。
如果看不到，可以将平面镜紧贴在镜筒前，这样像应该在标准位置。
前后移动套筒，使得反射的绿十字像最清晰，锁定套筒，后面不能再动。
⑶调节望远镜光轴垂直于转轴：利用减半逐步逼近法。
在视野中看到绿十字像后，将载物台旋转180 º半圈，从反光镜的另一个反射面也应能看到绿十字的像。
如果看不到，用手晃一下平面镜，找到绿十字的大体位置，将起望远镜对准该位置和原位置中点处，调节载物台，是能重新看见绿十字。
当正反两面都能看都绿十字后，调节螺钉b3，使得绿十字移动到原位置与mn中点处，调节望远镜俯仰，是绿十字落在mn上。
转过180 º，在这样调。
重复，直到正反两个方向绿十字都落在mn上。
此后望远镜俯仰不能再动。
⑷调节平行光管：用已调好的望远镜校正平行光管与主轴垂直，本实验不必。
⑸调节三棱镜主截面与仪器转轴垂直：利用三棱镜三个竖直面的反射像。
放上三棱镜，三棱镜重心大致位于转轴，要使是望远镜能够看到AB面的各处。
使得三棱镜三边分别垂直于三个载物台高度螺钉的连线，如图，望远镜正对AB面时，只调节b1，则AC面的俯仰不会变化，只有AB面变化，使得绿十字在视野中与mn中点重合。
远镜正对AC面时，只调节b3，则面AB的俯仰不会变化，只有AC面变化，再使得绿十字在视野中与mn中点重合即告完成。
5-6掠入射法测量棱镜的折射率
5-6掠入射法测量棱镜的折射率在物理学中，测量物质折射率是一项非常重要的工作。
折射率是一种描述物质在不同介质中光的传播速度的量，可以用来研究光与物质的相互作用。
测量物质的折射率需要使用一些特殊技术，其中掠入射法测量棱镜的折射率就是一种常用方法。
本文将介绍掠入射法测量棱镜的折射率的原理、步骤和实验注意事项。
1. 原理掠入射法测量棱镜的折射率基于菲涅尔公式和反射和折射的物理规律。
菲涅尔公式可以用来计算光线在介质界面上的反射和折射，其中入射光线的角度、折射角和反射角均可计算。
掠入射法采用非常靠近垂直于棱镜表面的角度入射光线，使得反射角度极小，而折射角度接近90度。
此时，交换反射和折射光路的菲涅尔公式近似为半波损失公式，只需要测量几何角度就可以计算出折射率。
具体来说，在掠入射法中，要先测量出入射光线角度和反射光线角度。
由于入射光线和反射光线的方向不同，因此需要使用两个光学器件。
第一个光学器件通常是一个自由旋转的反射镜，可以旋转到不同的角度，调节入射光线角度。
第二个光学器件是一个自由旋转的望远镜，可以调节角度来观察反射光线。
2. 步骤步骤1：准备实验装置。
需要调整光学器件，使得光线能够按预定角度入射到棱镜上，并且反射光线通过望远镜可以观察到。
步骤2：调整入射角度。
首先需要调整反射镜的角度，使得入射光线方向接近于垂直于棱镜表面。
然后缓慢旋转反射镜，观察到反射光线的方向变化，直到看到反射光线的最佳位置。
步骤4：测量折射角度。
由于折射角接近90度，因此需要通过计算来确定折射角度。
一种常用方法是利用已知的入射角度和反射角度，计算得到反射光线和折射光线的夹角，然后用90度减去夹角即可得到折射角度。
步骤5：计算折射率。
最后需要利用折射角度和入射角度来计算棱镜材料的折射率。
这个计算可以利用半波损失公式，具体来说，元素折射率可以表示为：n = sin[(α + δ)/2] / sin(α/2)其中n表示折射率，α表示入射角度，δ表示反射角度和折射角度之差。
棱镜折射率测量方法的比较及改进
２ 两种 方法的比较
、
最 小 偏 向 角法 的 测 量 原 理 与 理 论 依 据 很 完 善 ， 操 作 是 动 态过 程 ， 在转 动 棱 镜 但 即 时 出射 光 线 的 位 置 在 变 动 。 有 当 入 射 光 只 线 停 止 沿 原 来 方 向 移 动 ， 而 反 方 向 移 动 继 的 某 一时 刻 对 应 的 位 置 才 是最 小 偏 向角 的 位 置 。 生 在 操 作 时 很 难 精 确 把 握 到 这 一 学 位 置 ， 此 会 引起 人 为 操 作 误 差 ， 加 测 量 因 增
学 术 论 坛
棱 镜 折 射 率 测 量 方法 的 比较 及 改 进
单永 明 牛连平 （ 嘉兴学 院机 电工程学 院 浙 江嘉 兴 ３ ０ １ １ ０ ） ４
摘 要： 分析比较 最小偏 向角法 与掠入 射法 两种测量棱镜 折射率 方法的优缺 点 ， 出掠入射 法的改进 新方案 ， 提 并通 过实验数据 论证改进 后 的掠 入 射 法在操 作过 程 、 量精度 、 测 知识 内涵方 面更优 于最 小偏 向 角法 。 关键词 ： 小偏 向 角法 掠 入射法 棱 镜 折射率 改进 最 中 图 分 类 号 ： ４ Ｇ ２ ６ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ７ １ ２ １ ） ２ ａ－０ ５ － １ －３ ９ （ ０ ０ （ ） ２ ０ ０ ７ ２ ０ ２
学 术 论 坛
误 差 因 素 。 且 ， 感 因 人 而 异 ， 差 差 异 并 手 误 也 会 很 大 。 外 ， 行 入 射 光 束 的 宽 度 与 垂 另 平 直度也会影 响测量误差 。 掠 入 射 法 测 量 原 理 在 理 论 上 也 毫 无 瑕 疵 ， 操 作 时 存 在 假 像 ， 当光 源 在 图３ 但 即 中 位 置 附 近 时 ， ＡＣ 某 一 角 度 用 望 远 镜 观 在 面 察 ， 到 的 是 中 间 为 一 亮 带 的 明 暗 交 替 视 看 场 ， 明暗 场 间有 清 晰 的 分 界 线 ； 光 源 由 且 当 图 中位 置 向ＡＢ 法 线 方 向移 动 时 ， 远 镜 面 望 视 场 中的 两 条 明 暗 场 分 界 线 亦 均 发 生 相 应 移 动 ， 且 视 场 的 中 间亮 带 逐 渐 变 宽 ； 当 并 而 光 源 由 图 中位 置 向 ＢＣ边 延 长 线 方 向移 动 时 ， 远 镜 视 场 中 的 明 暗 交 替 视 场 亮 区 逐 望 渐变 窄 ， 分界 线亦 均 向同一 方 向移 动 ， 两 但其 中一条移动到 一定位 置后不再 变动 。
北航物理研究性实验报告——对测量棱镜折射率新方法的探究
注：当αk>βk 时，θi=360°+βk-αk
- 3 -
4.1.2 数据处理 望远镜转过角度的平均值：
1 i 119 58’ 48” 119 .98 5 i 1
则由式①，三棱镜顶角
5
A 180 60 .02
4.1.3 误差分析及不确定度计算 望远镜转过角度θ（视为直接测量量）的 A 类不确定度分量
分光仪是非常重要的光学实验仪器， 在高校物理实验教学中的占有重要地位。 在利用分 光仪进行的测量三棱镜折射率的实验中， 教科书中多推荐利用最小偏向角法和掠入射法进行 测量，我们暂且称上述两种方法为传统方法。在实验中，我们发现，传统方法存在着一些缺 点，如临界条件不易确定、掠入射法中明暗现象不明显，这些缺点会不可避免地带来更大的 实验误差。 根据几何推理， 我们产生了利用光线垂直底边入射的办法来改进实验的初步想法， 通过查阅资料， 这种方法作为一种较新的测量方法已在近期的一些文献中被提到。 这种方法 拥有传统方法所不具备的优越性， 当然也存在一些问题， 接下来我们将就这种垂直底边入射 的方法（垂直底边入射法）进行讨论。 1.实验原理 1.1 自准直法测量三棱镜顶角 垂直底边入射法测量三棱镜折射率实验中需要用到三棱镜光学面顶角的数值， 在本实验 1 中，我们选用自准直法进行顶角测量。
实验组数 i 1 2 3 4 5
入射光线 左游标α1 21330’ 27354’ 34849’ 3933’ 10338’ 右游标α2 3330’ 9349’ 15846’ 21935’ 28341’
出射光线 左游标β1 26456’ 32518’ 3007’ 9054’ 11501’ 右游标β2 8455’ 14513’ 21008’ 27056’ 33502’
光学仪器中的棱镜原理与折射率测量
光学仪器中的棱镜原理与折射率测量光学仪器是现代科学中不可或缺的工具之一。
而其中的棱镜作为光学元件的一种，具有重要的作用。
在光学仪器中，棱镜常常被用于分光、折射率测量等领域。
本文将探讨棱镜的原理以及如何利用棱镜测量物质的折射率。
棱镜的原理是基于光的折射现象。
当光射入介质边界时，其传播方向发生偏转，这个现象就被称为折射。
而折射的程度则由物质的折射率决定。
棱镜是一种由透明介质构成的三棱形物体，其中至少一面是斜面。
当光线射入棱镜时，由于介质的不同折射率，光线的传播方向会发生改变，从而使得光线产生偏折或分光的效果。
在光学仪器中，棱镜的一个重要用途是进行分光。
当一束白光经过棱镜折射时，不同颜色的光具有不同的折射率，因此会产生不同的折射角度。
这个现象被称为色散。
利用这个原理，我们可以将白光分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光。
这也是为什么我们在自然界中能够看到彩虹的原因。
除了分光外，棱镜还能够用于测量物质的折射率。
折射率是一个物质特性的重要参数，它反映了光在该物质中传播的情况。
测量物质的折射率对于材料科学、物理等领域具有极大的意义。
而棱镜则可以通过改变入射角度和测量折射角度的方法来进行折射率的测量。
折射率的测量需要使用到斯涅尔定律，即光线在两个介质交界面上的折射定律。
斯涅尔定律指出，入射角、出射角和两种介质的折射率之间存在着特定的数学关系。
通过测量入射角和折射角的数值，再根据斯涅尔定律的公式计算，即可得到物质的折射率。
在实际操作中，测量折射率通常需要使用一台折射计。
折射计是一种光学仪器，它利用棱镜的原理来测量物质的折射率。
折射计由一个可以旋转的圆盘和一个放置被测物质的容器组成。
通过改变圆盘上刻度盘的位置，可以调整光束的入射角度。
当光线经过被测物质后，被测物质的折射率会导致光线的偏折。
通过旋转圆盘，我们可以找到使得光线无偏折的位置，并记录该位置对应的刻度值。
根据斯涅尔定律，可以通过这个刻度值来计算物质的折射率。
测棱镜的折射率实验报告
一、实验目的1. 了解分光计的结构和原理，掌握其使用方法。
2. 利用分光计测量玻璃三棱镜的折射率。
二、实验原理最小偏向角法是测定三棱镜折射率的基本方法之一。
当一束单色光入射到三棱镜的AB面上时，经过两次折射后，出射光线沿ER方向射出。
入射线LD与出射线ER的夹角称为偏向角。
当入射角改变时，偏向角也随之改变。
在某一特定入射角下，偏向角达到最小值，称为最小偏向角。
根据折射定律和几何关系，可以推导出最小偏向角与三棱镜折射率的关系，从而计算出折射率。
三、实验仪器1. 分光计2. 玻璃三棱镜3. 钠光灯4. 毛玻璃板5. 刻度尺6. 计算器四、实验步骤1. 调节分光计：按照实验要求，调整分光计的底座、平行光管、望远镜和载物台，使之光学轴线水平。
2. 调节平行光管：打开钠光灯，将狭缝装置水平放置，调节狭缝宽度，使狭缝成像清晰。
然后将狭缝装置转至竖直方向，调节平行光管仰角，使狭缝像与望远镜分划板的中心横线重合。
3. 调节望远镜：转动望远镜，使十字刻线成像清晰。
调节望远镜的焦距，使像清晰。
4. 测量三棱镜顶角：将三棱镜放置在载物台上，使AB面与望远镜光轴垂直。
通过望远镜观察，测量顶角A的大小。
5. 测量最小偏向角：转动载物台，使光线从三棱镜的AB面入射，经过两次折射后，从AC面射出。
观察偏向角的变化，当偏向角达到最小值时，记录此时入射角i1和出射角i4。
6. 重复步骤4和5，进行多次测量，取平均值。
五、数据处理1. 计算最小偏向角：根据测量的入射角i1和出射角i4，计算最小偏向角m。
2. 计算三棱镜折射率：根据最小偏向角m和三棱镜顶角A，利用公式n = sin(A/2) / sin(m/2)计算折射率。
3. 计算误差：计算测量结果的标准误差，分析误差来源。
六、实验结果与分析1. 通过实验，成功测量了玻璃三棱镜的折射率，结果如下：折射率：n = 1.5162. 分析误差来源：a. 分光计调节误差：分光计的调节精度对实验结果有一定影响。
用掠入射法测定三棱镜和液体地折射率
大学物理实验设计性实验实 验 报 告实验题目：液体折射率的测定浙江农林大林 物理实验室实验日期：2012 年5 月29日班 级：姓 名：学号：指导教师：液体(水)的折射率测定实验目的：1．温习分光仪的结构，并掌握分光仪调节和使用方法 2. 学习用掠入射法测定三棱镜和待测液体的折射率 实验仪器分光仪，钠光灯，毛玻璃，待测液体（水），三棱镜 实验原理：1.分光仪的调节（1）目测粗调 目测调节望远镜光轴﹑平行光管光轴﹑载物台平面，三者大致垂直于分光中心旋转轴。
目测是重要的一部，是进一步细调的基础，可以缩短调整时间。
（2）望远镜的调焦，使之能接受平行光，调节步骤如下： 1.目测调焦 2.物镜调焦（3）调节望远镜光轴及载物台面垂直于仪器中心转轴。
2.调节载物台下G2或G3两螺钉之一，使此h 缩短为h ／2，在调节望远镜倾度调节螺钉，使十字反射像与十字叉丝重合。
3.旋转载物台，用“各半”调节法使另一反射面的十字反射像与“上十字叉丝”重合，这需要2，3两步反复调整数次，要细心，耐心。
4.将载物台转动90°后放在载物台，调节载物台下螺钉G1，使十字反射像与上十字叉丝重合。
2.用掠入射法测三棱镜的折射率掠入射法测三棱镜折射率的原理如图23-1所示。
按照图23-1摆好实验仪器，用扩展光钠光灯源（用钠光灯照亮的毛玻璃）照明该棱镜的折射面AB ，用望远镜对棱镜的另一个折射面AC 进行观测。
在AB 界面上图中光线a 、b 、c 的入射角依次增大，而c 光线为掠入线（入射角为︒90），对应的折射角为临界角，用望远镜看到的视场是半明半暗的，中间有明显的明暗分界线整体移动分光计或刻度盘使钠光灯大体位于AB 光学面的延长线上，用眼睛在出射光的方向找到一个明暗相间的分界线，再将望远镜转至该方位—望远镜看到的视场是半明半暗的，中间有明显的明暗分界线，使竖直“+”字叉丝对准明暗相间的分界线，将刻度盘固定记下左右游标读数1i 和2i 。
实验5-6 角度法测量棱镜的折射率
实验5-6 角度法测量棱镜的折射率说明：本实验为设计性实验，要求学生按照①实验目的；②实验原理；③实验仪器；④实验步骤；⑤记录数据的表格；⑥结果处理；⑦实验总结，完成完整的实验报告。
实验前的预习报告可空出实验步骤部分，做完实验后在实验室补充。
实验时只要求用掠入射法即最小出射角法测定棱镜的顶角，不要求与最小偏向角法的测定结果进行比较。
根据1)sin sin cos (2'min1++=ααi n ，只要测得棱镜顶角α和最小出射角min 1'i ，即可计算折射率n 。
掠入射法实验分为三个步骤：1.分光计的调节；2.三棱镜顶角的测量；3. 掠入射法测量最小出射角。
实验前需预习的内容： 1．P60－63。
（1） 注意分光计以下结构：图2-34中7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、21、22、28。
（2） 注意游标读数的方法。
（3）仔细阅读分光计的调节方法。
2．P138，测量三棱镜顶角的方法。
注意望远镜转角的计算公式，即望远镜光轴垂直AB 面时，左右刻度圆盘读数分别为左1ϕ、右1ϕ，望远镜光轴垂直AC 面时，左右刻度圆盘读数分别为右左、22ϕϕ，则望远镜转过的角度2/|]||[|2121右右左左ϕϕϕϕϕ-+-=。
3．P160。
掠入射法的原理。
测量原理：（1）顶角 （2）最小出射角通过测量两法线所在位置， 使入射光线平行于入射面 确定两法线所成角φ，进而得 确定出射光线以及出射面法 到顶角α＝1800－φ。
线位置，进而确定出射角i 。
实验注意事项：1、 准备工作（1） 实验前，先利用游标盘制动螺钉，把游标内盘（刻度盘）固定在实验者的左右两侧，以后的实验中保持刻度盘固定。
（2） 先适当调高载物台的高度，并为三只螺钉留出上下调节的空间。
（3） 点亮照明小灯(把变压器出来的6.3V 电源插头插到分光计底座的插座上)。
调节望远镜目镜调节手轮，使黑色十字叉丝清晰。
2、分光计的调节目的：在平面镜正反面均观察到绿色十字架位于分划版上交线处——重合位置，实现步骤如下（由于仪器精度和实验课时的限制，不要求严格重合，只要正反两面的绿十字均处于上交线附近即可进行下一步操作）：（1） 粗调(凭眼睛观察判断)望远镜水平（调其下面的调节螺钉）和载物台水平(调平台下面三个螺钉)。
用掠入射法测定三棱镜和液体的折射率
评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：液体折射率的测定班级：姓名：学号：指导教师：茂名学院物理系大学物理实验室实验日期：2009 年 12 月 2 日液体的折射率测定实验目的：1．温习分光仪的结构，并掌握分光仪调节和使用方法2. 学习用掠入射法测定三棱镜和待测液体的折射率实验仪器分光仪，钠光灯，毛玻璃，待测液体，三棱镜实验原理：1.分光仪的调节（1）目测粗调目测调节望远镜光轴﹑平行光管光轴﹑载物台平面，三者大致垂直于分光中心旋转轴。
目测是重要的一部，是进一步细调的基础，可以缩短调整时间。
（2）望远镜的调焦，使之能接受平行光，调节步骤如下：1.目测调焦先通电照明，再旋转目镜调节手轮，调整目镜与分划线相对位置，使叉丝与小十字变清晰为止。
2.物镜调焦将载物台紧贴台基，置平面镜于台上，使平面镜放置时，与平面与载物台下螺钉G2，G3连线垂直，再使望远镜光轴大致垂直平面镜，再调望远镜倾度调节螺钉，左右转动载物台，使之能看到十字反射像，然后松开调焦锁紧螺母，前后调节目镜镜筒并调节分划板与物镜相对位置，是小十字及其反射镜皆十分清晰为止，最后消除视差—微调目镜系统，眼睛左右移动时，小十字反射像与叉丝无相对位移。
（3）调节望远镜光轴及载物台面垂直于仪器中心转轴。
调节步骤如下：1.旋转载物台，使平面镜前后两面反射的十字反射像皆在视场内，说明：自习调望远镜倾度调节螺钉，使之前后两面都能看到十字反射像，设其中一反射像与上十字叉丝距离为h。
2.调节载物台下G2或G3两螺钉之一，使此h缩短为h／2，在调节望远镜倾度调节螺钉，使十字反射像与十字叉丝重合。
3.旋转载物台，用“各半”调节法使另一反射面的十字反射像与“上十字叉丝”重合，这需要2，3两步反复调整数次，要细心，耐心。
4.将载物台转动90°后放在载物台，调节载物台下螺钉G1，使十字反射像与上十字叉丝重合。
2.用掠入射法测三棱镜的折射率掠入射法测三棱镜折射率的原理如图23-1所示。
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物理实验报告
年级专业： 姓名： 学号： 组别：
一、实验名称：掠入射法测量棱镜的折射率
二、实验目的：掌握用掠入射法测定棱镜的折射率的方法
三、实验器材：分光计、双面镜、钠光灯（波长nm 3.5890=λ）、棱镜、毛玻璃。
四、实验原理：
1.绝对折射率
光从真空射入介质发生折射时，入射角i 与入射角r 的正弦之比n 叫做介质的绝对折射率，简称折射率。
它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。
由于光在真空中传播的速度最大，故其他媒质的折射率都大于1.同一媒质对不同波长的光，具有不同的折射率，在对可见光为透明的媒质内，折射率常随波长的减小而增大，即红光的折射率最小，紫光的折射率最大。
2.相对折射率
光从介质1射入介质2发生折射时，入射角1θ与折射角2θ的正弦之比21n 叫做介质2相对介质1的折射率，即相对折射率。
因此，绝对折射率可以看作介质相对真空的折射率。
它是表示两种（各向同性）介质中光速比值的物理量。
如图所示为掠入射法。
用单色扩展光源照射到棱镜AB 面时，以90°入射的光线的内折射角最大，为
max
_2i ，其余入射角小于90°的，折射角必小于
max
_2i ，出射角必大于
min
_1'i ，而大于90°
的入射光不能进入棱镜。
这样，在AC 侧面观察时，将出现半明半暗视场。
明暗视场的交线就是
入射角
901=i 的光线的出射方向。
由折射定律可知折射率max
_2sin 1
i n =
，即
n i 1
sin max _2=
，由几何知识得：A i i =+2'
max _2，
即
max
_22'i A i -=。
而
m a x _2m a x _2m i n
_1'm a x
_2m i n _1'2'm i n 1's i n c o s c o s s i n s i n )s i n (s i n s i n s i n i A i A i i A i i i n -=
-==
则 n A
n A i n cos 11sin sin 2min
_1'--⋅=
⇒ A n A i cos 1sin sin 2
min _1'--⋅=
即1)sin sin cos (2
min _1'++=A
i A n
五、实验步骤：
1、分光仪的调整 1）目测粗调
目测粗调“望远镜光轴倾斜调节螺丝”、“载物台调平螺丝”、“平行光管光轴倾斜调节螺丝”分别使望远镜筒、载物台面、平行光管镜筒均大致处于水平状态，并与仪器中心转轴基本垂直。
2）用自准法调整望远镜聚焦于无穷远
（1）旋转 “目镜视度调节螺母”，改变目镜到分划板之间的距离（目镜对分划板调焦），直到分划板上的叉丝线和十字窗口成像清晰为止。
（2）改变分划板到物镜之间的距离，直到十字像成像最清晰，并且十字像与叉丝线无视差。
3）调整望远镜光轴与分光仪的转轴相垂直
平面镜仍竖直置于载物台上，如果望远镜光轴与平面镜镜面垂直，则反射回来的亮十字像与分划板中上叉丝线交叉点完全重合，将载物台旋转180°（因而平面镜也随着转过180°）之后，如果亮十字像与上叉丝线交叉点仍然完全重合，则说明望远镜光轴与分光仪的中心轴垂直。
（1）首先转动载物台使平面镜的一个面对准望远镜，从望远镜中找到由平面镜反射的十字像，然后再转动载物台使镜面转过180°，从望远镜中再一次看到由另一面反射的十字像（此时不用考虑十字像与上叉丝线交叉点是否重合）。
（2）用逐次逼近各半调整法，仔细调节每一个反射十字像的位置。
先用望远镜找到一个反射十字像，当十字像与上叉丝线交叉点不重合时，此时调节“望远镜光轴倾斜调节螺丝”使十字像与上叉丝线交叉点之间的距离减小二分之一，再调节载物台下面的水平调节螺丝（a1或a2）消除另一半距离，使上叉丝线与亮十字像重合。
再将载物台旋转180°，使望远镜对准平面镜的另一面，采用同样的方法调节，如此重复调整，直至转动载物台时，从平面镜前后两个面反射回来的亮十字像都能与分划板的上叉丝线重合为止。
4）调整平行光管
使平行光管发出平行光、平行光管的光轴与中心轴垂直。
用前面已调好的望远镜（适合于平行光、光轴与中心轴垂直）为标准调节平行光管。
（1）调整平行光管产生平行光。
取下载物台上的平面镜。
用钠灯照亮狭缝，从望远镜中观察来自平行光管的狭缝像，放松“狭缝筒锁紧螺丝”，移动狭缝筒，改变狭缝到会聚透镜之间的距离，直到看见清晰的狭缝像，并与分划板上的叉丝线无视差。
此时狭缝处于透镜的焦平面上，平行光管产生平行光。
（2）调整平行光管的光轴与分光仪中心轴相垂直。
看到清晰的狭缝像后，转动狭缝（但前后不能移动）狭缝像呈水平状态，调节“平行光管光轴倾斜调节螺丝”，使水平狭缝像被分划板的中央叉丝线上下平分，这时平行光管的光轴已与望远镜的光轴在同一平面内，并与分光仪的中心轴垂直。
再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差。
2、采用掠入射法测量三棱镜折射率
1）由于扩展光源辐射进棱镜的入射角度有一定范围，因此在AC 出射面观察出射光时，可看到入射角满足
901min _1<<i i 的入射光线产生的各种方向的出射光形成一个亮区，存在两条明暗交线。
合理摆放钠灯光
源与棱镜入射面的位置，在望远镜中找出这个亮区。
2）旋转载物台，使入射到棱镜入射面的光线越来越少，当光源只有入射角约90°的入射光线射入棱镜，望远镜中观察到的视场将由亮区慢慢收窄成为一条清晰的细亮线，此时的亮线就是入射角
901=i 的光线的出射方向。
记录此时亮线的角度min _1i 3）测量棱镜的顶角α，计算棱镜的折射率
六、数据采集：
棱镜顶角测量
)]''()[(2
180180I II I II -+--=-=ϕϕϕϕϕ A
)(6
1
654321A A A A A A +++++== 60°0′
,
=--∑=
∆=)
16(6)(26
1
A A A i i 2.13′≈ 2′ =∆±=A A A 60°0′±2′
掠入射法测量三棱镜折射率
=+++++=
6
32
3122211211φφφφφφφ39°13′20″ ≈--∑=
∆=)
16(6)(26
1
φφφi i 42″
=∆±=φφφ39°13′20″±42″
掠入射角 1)s i n s i n c o s (
2
++=A
A n φ =n 1.65
22)()(
φφ
∆∂∂+∆∂∂=∆n
A A n n = 0.07 故07.065.1±=∆±=n n n
七、操作后思考题。