掠入射法测量棱镜的折射率

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8掠入射法测量棱镜的折射率

掠入射法测量棱镜的折射率
计算机科学与技术4班 201130740409 廖鑫
一、实验目的
掠入射法测定棱镜的折射率。

二、实验器材
分关计、钠光灯（波长0=589.3nm λ）、棱镜、毛玻璃。

三、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2max i ，其余入射角小于90 的，折射角必小于2max i ，出射角必大
于1min
i '，而大于90 的入射光不能进入棱镜。

这样，在AC 侧面观察时，将出现半明半暗的视场。

明暗视场的交线就是入射角190i = 的光线的出射方向。

可以证明
n =
四、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1min 190i 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为
一条清晰的细亮线，此时的亮线就是入射角
190
i= 的光线的出射方向。

记
录此时亮线的角度
1min
i。

（3）测量棱镜的顶角α，计算棱镜折射率。

五、实验数据记录
棱镜顶角的测量数据
最小出射角测量数据。

实验二十分光计的调节和用掠入射法测折射率

分光计的调节和用掠入射法测折射率
【教学重点】
了解分光计的结构、功能和调节方法；学习用掠入射法测量玻璃三棱镜的折射率。

【教学内容】
1.分光计的结构、调节要求、调节原理及调节方法；；
2.粗调分光计：望远镜、平行光管、载物台的水平调节；
3.细调分光计：用自准直法调节望远镜聚焦无穷远，及光轴垂直仪器转轴。

以调好的望远镜光轴为基准调节平行光管和三棱镜；
4.测量三棱镜的顶角、掠入射角并计算玻璃三棱镜的折射率；
5.最小偏向角法测量玻璃三棱镜的折射率（物理类选做）；
注意：
（1）运用降维调节原理摆放平面镜和三棱镜；
（2）测量角度时注意锁定游标盘；
（3）材料的折射率是波长的函数，即与所用的光源有关。

【教学难点】
1.调节分光计时，粗调是基础。

如果粗调不到位，往往从望远镜视野中找不到反射十字。

此时，可从镜筒外去找反射十字，并对望远镜及平面镜的倾度做进一步的调节；
2.自准直式望远镜的调节：
（1）目镜聚焦和物镜聚焦的区别；
（2）望远镜的水平调节、平面镜的放置、以及载物台的水平调节是粗调的关键。

【教学要求】
1.正确地调节分光计和三棱镜；
2.正确地摆放掠入射光路；
3. 正确测量的角度。

【提高性探索的问题】
根据平面镜旋转180°前后反射十字相对于MN线的位置，判定望远镜和平面镜组成的系统中的主要问题方，用最少的步骤完成望远镜光轴垂直仪器转轴的调节。

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 。

用掠入射法测液体折射率

设计性实验用掠入射法测液体折射率在食品、化工、医药等生产部门,生产过程中经常要检测液体的浓度,大多数液体的折射率和浓度有一定的关系。

液体折射率常用阿贝折射计、读数显微镜等仪器进行测量,虽阿贝折射计测量精度高,但要接触式测量,是非在线检测,给生产检控带来不便。

读数显微镜虽可用在非接触式测量,但其精度不是很好,有一定的局限性,特别在医药行业浓度的精确度要求较高时，往往达不到较理想的要求。

改用掠入射法只需常用仪器分光计及附件三棱镜,可用来在线检测,仪器普通、测量简捷、准确度高，在工业生产中有实用意义。

一、设计任务1、推导出用掠入射法测液体折射率的公式2、测出液体（水）的折射率n’二、实验仪器JJY型分光计，三棱镜，待测液体（水），毛玻璃，钠光灯。

三、设计内容1、调节和使用分光计，并用分光计测量出三棱镜的折射率n和顶角A。

2、设待测液体的折射率为,三棱镜的折射率为n，测出相关量，求出n’四、预习要求1、查阅有关资料，掌握分光计的调节和使用方法。

2、掌握三棱镜的折射率和顶角A的测量方法。

3、掌握用掠入射法测液体折射率的原理和数据处理方法。

五、实验提示掠入射法测量液体折射率原理如图1,三棱镜ABC为等边棱镜,BC为磨砂面,虚线为被测液体,当光线BO以90°入射时,棱镜内的折射光线为OO′,在AC面再折射,出射线为O′P,其折射角为φ,其他入射角小于90°的光线的折射角都大于φ,所以在O′P光线的右边为暗区,被测液体的折射率n’。

有如下关系:='sin cos sinn Aφ（1）式中n、A分别为三棱镜折射率和棱镜角,其值用实验方法事先测定，由于三棱镜折射率n随入射光波长不同而改变,事先可用相同光源采用掠入射法进行测定,如图2所示,根据几何关系有:12,3,23sin sin sin 'sin ,i n i i n i i i A ==+=联立消去2i 和3i ,1i =90°时,得n = （2）如图2，用分光计测出三棱镜顶角和'i 角，代入式(2)即可求得n 值。

棱镜折射率测量方法的比较及改进

２０１０ＮＯ．０４ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
科技资讯
数据以及实验操作过程，我们可以得到以下结论改进后的掠入射法操作方法更为简便。最小偏向角法需要调节平行光管和狭缝；如果三棱镜位置放得不当，很难找到出射光；测量时需要有动态过程。而改进后的掠入射法只要使两三棱镜帖缝线直接对准钠光灯罩的出射窗口即可，并且是静态测量。采用改进后的掠入射法测量棱镜折射率可以有效地降低实验的测量误差，提高测量精度。从上面的实验数据来看其精确度要比最小偏向角法略高些，并且测量数据也相当稳定；而学生在做最小偏向角法实验时，由于个人操作技巧、手感好坏等主观因素的影响，测量数据就不会很稳定，误差会更大。改进后的掠入射法其实验内涵更丰富。最小偏向角法现象单一，知识点不丰富，纯属验证性实验；掠入射法现象多样，知识点又丰富，可以引发学生对各种现象进行思考、解释，更加深刻理解光学原理。它既可以作为验证性实验，也可以作为设计性实验。因此，笔者认为，改进后的掠入射法测量棱镜折射率的方案是优于最小偏向角法测量方法，并且也优于原来教学中采用的掠入射法测量方案，可作为此实验的扩充内容，在学生实验课中使用。
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，但操作是动态过程，即在转动棱镜时出射光线的位置在变动。只有当入射光线停止沿原来方向移动，继而反方向移动的某一时刻对应的位置才是最小偏向角的位置。学生在操作时很难精确把握到这一位置，因此会引起人为操作误差，增加测量
表１最小偏向角法实验数据
参考文献

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。

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。

实验十用掠入射法测定液体折射率

注意事项 1．注意审查看到的现象是否准确?(如何判断?) 2．辅助棱镜的作用是让较多的光线能投射到液层和折射棱镜的AB面上，使观察到的分界线更为清楚。两棱镜之间的液层一定要均匀，不能含有气泡．滴入液体不宜过多，避免大量渗漏在仪器上。 3．当改换另一种被测液体时，必须将棱镜擦拭干净。
1
如果棱镜 A 90 ，则上式简化为
n n12 sin 2
(4—2)
图4—2给出了 A90 的情形，图4—2(a)、 Aic 4—2(b)分别对应于与两种情 Aic Aic (4—1)将有何况．请考虑当时，式变化?观察的现象有何变化?
实验内容
1．将分光计调节好，包括将望远镜对无穷远调焦，并使其光轴垂直于仪器的主轴；调节棱镜的主截面也垂直于仪器主轴．
2．如图4—3所示，将待测液体滴l～2滴在直角棱镜的AB面上，用90。角作为棱镜顶角 ( A )，并用另一辅助棱镜 ABC 之一个表面 AB 与AB面相合，使液体在两棱镜接触面间形成一均荫视场．仔细调节使半荫视场的分界线位于棱镜台近中心处，将望远镜叉丝对准分界线， v , v2 记下两游标读数( ) 1，重复几次，取平均值．
4 ．利用自准直方法，测出 AC 面的法线方向，记下两游标读数( v1 , v2 )．重复几次，取平均值，则
1 (| v1 v1 | | v2 v2 |) 2
5．将值代入式(4—2)，计算n，进行误差分析． 6．依同样方法，重复以上步骤，测定另一种液体的折射率．
入射角为 2 的光线I将掠入射到AB界面而折
射进入三棱镜并射到AC面，再经折射而进入空气．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，因此经三 2 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．一般地，待测物质的折射率由如下关系式算得： n sin A n 2 sin 2 cos A sin (4—1)

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。

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。

玻璃折射率的测定,物理实验报告

5
60°
5定玻璃折射率为:n=1.5
测量最小偏向角的不确定度为：μA=3.7’
方案二，读数显微镜法测定玻璃折射率
测量原理：测量原理如图 2 所示：当从观察点观察透明玻璃下面的物 P 时，实际观察到的是物 P 的
像 P1 ，设 t。为物 P 经玻璃折射出射线与玻璃法线的夹角，t1 为物 P 光在玻璃中到达观察
线的方向角度。
（注意：在实际操作中，由于是实验者动手实施的，最小偏向角法的的极限位置即拐点的定位比较难
把握，只要有稍微的不慎或者移动就会造成测出的最小偏向角偏大。）
次数
θ1
θ2
θ1’
θ2’
顶角
平均值
次数
θ’
θ0’
θ
θ0
实验数据记录及处理：
顶角的测量：
最小偏向角：
1
2
3
4°12’ 14°0’ 37°11’ 21°6’ 26°50’ 22°43’
i 随入射角 1 的变化而改变。当入射角 i1 为某值时(或者 i1 与 i2 相等时)，偏向角将达到最小值 0 ， 0 称为最小偏向角，由几何关系和折射定，可得它与棱镜的顶角 A 和折射率 n 之间有如下关系：
n
sin A 0
sin A
2
2
A.将待测三棱镜放在载物平台，调节平台到适当的高度，使得从平行光管发出的平行光只有少部分能从三棱镜的上方射入望远镜；
此实验报告共六个方案，其中前三个为实验室可做并已测量数据的方案，第一个方案（最小偏向角法）已测量数据并进行了数据处理。
实验目的：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 E≤1%。

测量原理折射率测量方法综述

折射率测量方法综述冯明庆摘要：本文主要研究了晶体、液体、气体折射率的测量方法。

对晶体主要以V形棱镜法、最小偏向角法、掠入射法；对液体主要以用V棱镜折射仪测定液体折射率的可测范围、采用掠射法和牛顿环的实验装置测量液体折射率;对气体主要以利用经验公式求折射率的方法、用瑞利干涉仪测量空气折射率、利用激光干涉仪测量空气折射率。

另外还探讨了基于几何信息、光强、共振波长调制的三种新型折射率测量方法。

关键词：折射率掠入射法棱镜CCDMethods of measuring the refractive indexFeng MingqingAbstract：This paper mainly study crystal，liquid, gas refractive index measurement method. For the crystal，we mainy use the V-shaped crystal prism method, minimum deviation angle method，grazing incidence method; For the liquid,we mainly use the measured with the V prism refraction of the refractive index can be measured，use of grazing method and the Newton ring experiment used to measure the refractive index ；For the gas,we mainly use the empirical formula are the refractive index of the method，Rayleigh interferometer measurement of refractive index of air，using laser interferometers to measure refractive index of air。

玻璃折射率的测定_物理实验报告

此实验报告共六个方案，其中前三个为实验室可做并已测量数据的方案，第一个方案（最小偏向角法）已测量数据并进行了数据处理。

实验目的：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E ≤1%。

方案一，最小偏向角法测定玻璃折射率实验原理：最小偏向角的测定，假设有一束单色平行光LD 入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER 方向射出，则入射光线LD 与出射光线ER 间的夹角称为偏向角，如图1所示。

• 图1最小偏向角的测定转动三棱镜，改变入射光对光学面AC 的入射角，出射光线的方向ER 也随之改变，即偏向角发生变化。

沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置时偏向角达到最小值，测出最小偏向角。

可以证明棱镜材料的折射率与顶角及最小偏向角的关系式为实验仪器：分光计，三棱镜。

实验步骤：1，对分光计进行调节 2，顶角α的测量利用自准直法测顶角，如下图所示，用两游标来计量位置，分别称为游标1和游标2，旋紧刻度盘下螺钉是望远镜和刻度盘固定不动转动游标盘，是棱镜AC 面对望远镜，记下游标1的读数1θ和游标2的读数2θ。

转动游标盘，再试AB 面对望远镜，记下游标1的读数'1θ和游标2的读数'2θ。

游标两次读数之差21θθ-或者''21θθ-，就是载物台转过的角度，而且是α角的补角''21211802θθθθα︒-+-=-3，最小偏向角法测定玻璃折射率如下图，当光线以入射角1i 入射到三棱镜的AB 面上后相继经过棱镜两个光学面AB AC 折射后,以2i 角从AC 出射。

出射光线和入射光线的夹角δ称为偏向角。

对于给定三棱镜，偏向角δ的数值随入射角1i 的变化而改变。

当入射角1i 为某值时(或者1i 与2i 相等时)，偏向角δ将达到最小值0δ，0δ称为最小偏向角，由几何关系和折射定，可得它与棱镜的顶角A 和折射率n 之间有如下关系：2sin2sinA A n δ+=A.将待测三棱镜放在载物平台，调节平台到适当的高度，使得从平行光管发出的平行光只有少部分能从三棱镜的上方射入望远镜；B.调节三棱镜的位置使得平行光管的平行光以一定的角度入射到棱镜的AB 面；C.在AC 面上调节望远镜使得可以接收并观察出射光线；D.缓慢双向调节三棱镜的位置以改变入射角的大小，当转到某一位置时，如果再往任意方向的微小转动都使得偏向角变大，那么这个位置的极限位置就是可以得到最小偏向角的三棱镜的位置，读出出射光线的方向角度；E.转动三棱镜，让入射平行光从另一面AC入射，在AB面接受出射光，重复上述步骤，读出入射光线的方向角度。

实验二十五分光计的调节和用掠入射法测折射率

故
2
A = A ± σ A = (59.99 ± 0.01)� = 59�59′ ± 1′
（二）掠入射法测定三棱镜的折射率
表 25-2 测定三棱镜折射率数据表
θ 3′
θ 3′′
342�36′ 304�11′ 108�40′
′ θ4
301�12′ 262�45′ 247�18′
′′ θ4
121�11′ 82�16′ 67 �18′
图 25-6 逐步逼近各半调整法示意图
4、分光计的刻度圆盘读数刻度盘分 360°，最小分度 0.5°，游标盘每小格为 1'。当望远镜沿角度增加方向转动某角 ϕ ，如果 ϕ 角移过刻度盘中的 360°位置，此时 ϕ = 360� + θ终 − θ 起；反之若沿角度减小方向转动某角 ϕ 移过刻度盘中的 360°位
2
图 25-1 掠入射法光路图
（二）分光计原理
分光计是测量角度的精密仪器。其结构如图 25-2 所示：
图 25-2 分光计结构示意图
为了精确测量角度，必须使待测角平面平行于刻度圆盘平面。由于制造仪器时已使刻度圆盘平面垂直于中心转轴，因而也必须使待测角平面垂直于中心转轴，为满足此要求，测量前必须对分光计进行调节，以达到三个要求： 1）平行光管出射平行光 2）望远镜能接受平行光 3）经过待测光学元件的光线( 如入射、折射、反射光线等)构成的平面应与仪器的中心转轴垂直，即要求: (a)平行光管光轴垂直于中心转轴 (b)望远镜光轴垂直于中心转轴 (c)待测元件的光学面应平行于中心转轴
φ
41� 23′ 41� 20′
41� 22′
n
1.67258 1.67197 1.67238
1 2 3

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)。

液体折射率的测定——用掠面入射法测定液体折射率试验目的学习用

液体折射率的测定——用掠面入射法测定液体折射率
实验目的：学习用掠面入射法酒精的折射率
实验仪器：分光仪，三棱镜，钠灯，酒精，毛玻璃片
将折射率为n的待测物质放在已知折射率为N的直角棱镜的折射面AB上，且n<N，当光线以入射角π/2掠射到AB界面而折射入三棱镜内。

光线“1”折射到镜面BC后，再经折射而进入空气。

除光线“1”外，其他光线在AB面上的入射角皆小于π/2。

因此经三棱镜折射最后进入空气的光线(例如光线“2”)都在光线“1”的左侧，当用望远镜对准出射方向观察时，则在视场中将看到以光线“1”为分界线的明暗半影视场。

因此，当棱镜的折射率N为已知时，测出φ角即可得待测物质的折射率n，上述方法称为掠面入射法。

实验步骤：
1.将分光计调节好。

2．找到棱镜BC平面的法线方向，记下左右两边的读数
3．点燃钠灯，使光折线沿AB掠面入射，待测酒精滴在棱镜的AB面上。

4．固定棱镜台，转动望远镜，找到视野中明暗半影视场分界线的确切位置，，记下两游标读数。

5.φ=半影视—BC面法线，以φ值代入，求n。

实验数据记录
分光计读数左右
BC面法线
半影视场分界位置
φ=半影视—BC面法线
n。

实验五用掠射法测定透明介质的折射率

实验五用掠射法测定透明介质的折射率实验目的１．掌握用掠射法测定液体的折射率。

２．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法。

实验仪器分光仪，阿贝折射仪，三棱镜两块，钠灯，水、酒精等待测液体，读数小灯，毛玻璃。

实验原理１．用掠入射法测定液体折射率将折射率为n 的待测物质，放在已知折射率为n 1（n ＜n 1）的直角棱镜的折射面AB 上，若以单色的扩展光源照射分界面AB ，则入射角为π/2的光线Ⅰ将掠射到AB 界面而折射进入三棱镜内，其折射角i c 应为临界角。

从图5—5—1可以看出应满足关系 1sin n ni c = 当光线Ⅰ射到AC 面，再经折射而进入空气时，设在AC 面上的入射角为φ，折射角为ϕ，则有 φϕsin sin 1n = （5－5－1）除入射光线Ⅰ外，其他光线如光线Ⅱ在AB 面上的入射角均小于π/2，因此，经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，在视场中将看到以光线Ⅰ＇为分界线的明暗半荫视场，如图5—5—1所示。

当三棱镜的棱镜角A 大于角i c 时，由图5—5—2可以看出，A 、i c 和角φ有如下关系φ+=c i A （5－5－2）将（5－5－1）和（5－5－2）式消去i c 和φ。

若棱镜角A 等于90度，可得ϕ221sin −=n n （5－5－3）若棱镜角A 不等于90度，可得ϕϕsin cos sin sin 221⋅−−=A n A n （5－5－4）I II因此，当直角棱镜的折射率n 1为已知时，测出ϕ角后便可计算出待物质的折射率n 。

上述测定折射率的方法称为掠入射法，是应用全反射原理。

２．用阿贝折射计测定透明介质的折射率阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器，同时，还可测量出不同温度时的折射率。

测量范围为1.3～1.7，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为0.0003。

测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高。