利用布儒斯特角测量折射率
工光大作业测不透明物质折射率
反射与布儒斯特角
自然光正常反射后，光的偏振状态会发生改变。一般情况 下，反射光是部分被偏振光。在反射光中，垂直于入射面的 光振动大于平行振动。而当入射角等于布儒斯特角叫 i B 时， 反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光，即此时平行入射 面振动的光反射率为0。
光路系统图
对准板 偏振片 （狭缝）
测角计
对准板 偏振片
钠光灯 源
利用布儒斯特角叫测量不透明介质折射率
·优点：设备简单，光路系统简单。 ·缺点：精度不高，因为反射光光强为0的地 方不是很敏感，不好区分。
光路改进方法
用He-Ne激光器作为光源，通过尼克 尔棱镜，成为平面偏振光，望远镜出射的 光通过硅光电池转变为电信号，由检流计 （光强计）检测。转动转盘时，找到反射 光最弱的反射角即为布儒斯特角。
样品 钠光灯源
观察屏(人眼）
测量步骤
1.布置光路图。用钠光灯作为光源，
通过一个偏振片使自然光成为平行 入射面振动的光，调节测角计，将 待测样品放在测角仪载物台上，用 望远镜观察反射光。 2.转动载物台。观察望远镜内光强为 零的位置，记下测角计读数α ，再 转动望远镜对准对准板（狭缝）， 1 i 记下读数β 。则 B 2 ( ) 。 3.则折射率 n tani
测不透明介质折射率
苏永鹏 褚福辰 董晓桐 肖南
测量原理
将不透明物质加工出一光。改变入 射角，当反射光是线偏振光时，入射角就是布儒斯 特角 i B 。 假定空气中的折射率为1，则由布儒斯特定律的 n2 公式 t aniB 得， n1 所求物质折射率为 n taniB
布儒斯特角法测量金属薄膜折射率
B
布儒斯特角法
利用折射定律，可知布儒斯特角满足下式
n2 tan B n1 n ，只要测得B，就能算得 若已知背景折射率 1
样品折射率n2 对金属薄膜 n 测量的是 n实部
为复数，用布儒斯特角法
实验方法
改变入射角度，用光强 度计器寻找反射光的位 置，并记录对应入射角 的反射光强数据 寻找反射光光强最小时 对应的入射角即是布儒 斯特角 利用布儒斯特角计算样 品的折射率
实验光路图
样品制备
采用磁控溅射的方法制 备铜膜样品 样品的制备条件：功率 8W，电流0.2A，工作 气压1Pa 控制溅射时间制备不同 厚度的样品
样品编号 溅射时间 /min
0 1 2 3
5 4 3 2
测量得各实验样品的折射率
样品
编号 0 1 2
溅射
时间 （min） 5 4 3
折射率
n1 n tan B
2.14 2.47 3.30
3
2
3.45
介质基底
铜膜
反射光强的极小值降到0 完全消光
反射光强的极小值没有降到 0 不完全消光
不完全消光现象
不完全消光现象分析
实验检测最小时反射光的偏振性质，确定为P 偏振光
影响反射率最小值的两个因素
金属薄膜折射率的虚部 薄膜的两个界面多次反射
计算结果表明，总反射光强最小值不为零 衰减系数相关的参量2 d 随膜的厚度增加而 增大 计算结果与实验曲线符合
实验分析及结论
铜膜经过热处理以后，样品的折射率远大于基 底的折射率.其数值大约为2.5~3.5 因为样品的Cu/Cu2O比例不一样，相同基片上 的铜膜，厚度不同，折射率也不同 衰减随薄膜厚度增加而增加 上下表面多次反射及光吸收模型能成功解释在 布儒斯特角处反射光强不为零的现象
实验7 玻璃折射率的测量
【实验内容】
1、布儒斯特角的测量 自行设计实验光路，并测量给定黑玻璃镜的布儒斯特角。 2、玻璃的折射率的测量 参考第 1 项的测量思路和光路，根据布儒斯特定律，测量并计算出玻璃的折射率。 为了验证根据测量数据计算出来的值是否正确，可以将光通过一偏振片，测出其光强， 然后以某一小角度(<15°)从空气中入射到玻璃表面，测量其反射光的强度，从而得到小角度 反射率，根据菲涅耳公式计算出玻璃的折射率，两者进行比较。
【注意事项】
1、 在实验过程中，首先要保证激光垂直入射于待测样品表面； 2、 利用功率计测量时，光要垂直入射于探头表面的中央； 3、 要左右对称测量。
1
实验七
【目的与求】
玻璃折射率的测量
1、测量布儒斯特角； 2、观察光以布儒斯特角入射时反射光的偏振现象； 3、利用布儒斯特定律测量玻璃的折射率； 4、利用小角度入射法测量玻璃的折射率。
【仪器用具】
氦氖激光器，偏振片，光功率计，黑玻璃，透明玻璃；
【实验原理】
一束自然光入射到介质表面， 其反射光和折射光一般是部分偏振光。 在特定入射角即布 儒斯特角 θB 下，反射光成为线偏振光，其电矢量垂直与入射面。若光线是由空气射到折射 率为 n(约等于 1.5)的玻璃平面上，则 θB=tg-1n=57°。如果自然光是以 θB 入射到玻璃片堆上， 则经多次反射， 最后从玻璃片堆透射出来的光也近于线偏振光。 所有这些结论都可从菲涅耳 公式出发而得到论证。 根据菲涅耳公式和反射率、透射率的定义可知，当光正入射于玻璃表面时，玻璃表面的 反射率和透射率分别为：
R0 r02 (
T0
n1 n2 2 ) n1 n2
2 n2 2 4n12 n2 t0 n1 (n1 n2 ) 2
光的折射定律与光的折射率的测量
光的折射定律与光的折射率的测量光的折射定律是描述光在不同介质中传播时所遵循的规律。
它是由英国科学家斯内尔·斯奈尔于1621年首次提出的，后来又由法国数学家伽利略·伽利雷和荷兰物理学家斯内尔·西尔维斯特·斯奈尔独立发现。
光的折射定律可以用简洁的数学表达式来描述，即“入射角的正弦与折射角的正弦之比在不同介质中保持恒定”。
光的折射定律的数学表达式为：n1sin(θ1) = n2sin(θ2)其中，n1和n2分别表示两种介质的折射率，θ1和θ2分别表示光线在两种介质中的入射角和折射角。
折射率是光在介质中传播速度与真空中传播速度的比值。
它是一个介质的固有性质，可以用来反映介质对光的传播能力。
折射率和介质的物理性质有关，如密度、光的频率等。
测量光的折射率可以采用不同的方法。
一种常用的方法是通过测量光线在不同介质中的折射角来计算折射率，然后与已知值进行比较。
这种方法通常使用折射仪来实现。
折射仪可以通过射线追踪的方式准确地测量光线的入射角和折射角。
通过多次测量，可以得到准确的折射率数值。
另一种常见的方法是利用布儒斯特角实现光的折射率测量。
布儒斯特角是指光线从一种介质射向另一种介质时，使得反射角等于折射角的特殊角度。
在布儒斯特角下，折射率可以通过入射角的正切值与反射角的正切值之比来计算。
除了实验方法，还可以通过理论计算来得到介质的折射率。
根据光的波动理论，可以使用麦克斯韦方程组和边界条件来推导介质的折射率。
这种方法适用于复杂的光学系统和特殊的介质。
总结起来，光的折射定律是光学中的一条基本定律，描述了光在不同介质中传播时的行为。
折射率是一个介质的重要物理性质，可以通过实验和理论计算来测量。
光的折射定律和折射率的测量在光学科学和工程中具有广泛的应用，对于研究光的传播和设计光学器件具有重要意义。
物理实验：测量光的折射率的实验方法
物理实验：测量光的折射率的实验方法引言物理学涉及许多令人着迷的实验，为我们揭示了自然界的奥秘。
其中之一是测量光的折射率的实验。
折射率是材料对光的传播速度的衡量，它能够影响光线在不同介质间的弯曲和偏折。
测量光的折射率对于研究光学原理及其在实际应用中的表现至关重要。
本文将介绍测量光的折射率的几种常见实验方法，并探讨它们的原理和实验步骤。
H2：实验方法1：布儒斯特角法布儒斯特角法是一种经典的实验方法，用于测量透明物质的折射率。
它基于当光线通过两种介质界面时，入射角等于折射角时光线不发生折射的原理。
1.实验材料和设备：•光源：激光器或白光源•透明介质样品：例如玻璃、水或透明塑料•三棱镜或折射计•能够测量角度的仪器：例如量角器或旋转光学台2.实验步骤：3.选取一块透明介质样品，如玻璃片。
4.将光源对准样品，使光线垂直于样品表面入射。
5.调整光源的位置，使光线通过玻璃片。
6.将三棱镜或折射计放在光线路径上，并调整其位置，使光线经过样品后通过三棱镜或折射计。
7.旋转三棱镜或折射计，同时记录角度。
8.当光线在样品中发生不折射时，记录此角度，该角度即为布儒斯特角。
9.重复实验多次，取平均值并计算折射率的近似值。
10.原理解释：布儒斯特角法基于光线折射发生的界面条件，即入射角等于折射角时光线不发生折射。
通过调整角度，当入射角等于布儒斯特角时，测量到的角度即为折射角度。
根据折射定律，可以使用布儒斯特角的正切值与折射率之间的关系来计算折射率的近似值。
H2：实验方法2：光程差法光程差法是另一种测量光的折射率的方法。
它利用了光在不同介质中传播速度不同导致的相位差。
1.实验材料和设备：•光源：例如白光源或单色激光器•介质样品：例如透明均质玻璃片•平行板：可调节厚度以改变光程差•干涉仪：例如迈克耳孙干涉仪或薄膜干涉仪2.实验步骤：3.准备一个透明均质玻璃样品和一对平行板。
4.将光源对准样品，并通过一个平行板使光线通过样品。
5.调整平行板的位置，改变光程差，观察干涉图案。
玻璃布儒斯特角实验报告
玻璃布儒斯特角实验报告
《玻璃布儒斯特角实验报告》
玻璃布儒斯特角实验是一项重要的物理实验，它可以帮助我们更深入地理解光
的折射规律。
在这个实验中，我们使用玻璃布儒斯特角来研究光的折射现象，
并通过实验数据和分析得出结论。
实验中，我们首先准备了一块玻璃板和一束光源。
将玻璃板放置在光源前方，
然后调整光源的位置和角度，使得光线垂直射入玻璃板表面。
在这个过程中，
我们记录下光线射入和折射的角度，并且测量了玻璃的折射率。
通过实验数据的分析，我们发现玻璃布儒斯特角是一个特殊的角度，当光线以
这个角度射入玻璃板时，折射角为90度。
这意味着光线将沿着玻璃板表面传播，而不再折射进入玻璃板内部。
这个现象对于光的折射规律有着重要的意义，也
为我们理解光的传播提供了重要的实验依据。
通过玻璃布儒斯特角实验，我们不仅加深了对光的折射规律的理解，也学到了
如何通过实验来验证和应用物理定律。
这个实验对于物理学的教学和科研都具
有重要的意义，帮助我们更好地理解光的行为和性质。
总的来说，玻璃布儒斯特角实验是一项有趣而重要的物理实验，它帮助我们更
深入地理解光的折射规律，并为我们提供了实验数据和结论，为光的传播规律
提供了重要的实验依据。
希望通过这个实验，我们能够更好地理解光的行为和
性质，为物理学的发展和应用做出贡献。
利用布儒斯特定律测玻璃折射率实验过程分析
【 责任编辑
邢怀民 】
、０ ． ９ ，１ ２ Ｎｏ．３
利用布儒斯特定律测玻璃 折射率实验过程分析
王 旭 ，李 淼 ，梁晓 东
（ 南师 范大 学 物 理与信 息 工程 学院 ，河南 新 乡 ４ ３ ０ 河 ５ ０ ７）
摘
要 ：分析 了 “ 用布儒 斯特 定律 测 量玻璃 折射 率” 的 实验 过程 ，用菲 涅 尔公 式推 导 了不 同偏 振 方 向入 利
平板 玻璃 旋转 架 ，使 偏振 片上 的激 光入射 光斑 与待 测平 板玻 璃 的反射 光斑重 合 ，此 时入射 光垂直 入射 到待 测平
板玻 璃表 面 ， 出 当前 待测平 板玻 璃旋转 架指 针 的示值 ； 读
／
８ 镰 ｒ ¨
。
２转动平 板玻 璃 ，使入射 角在 ６ 。～ ０ ） ０ ８ 。之 间 ；３转 动起 ） 偏器 ，使 观察 屏 上光 强最 弱 ；４转 动平 板 玻璃使 观 察屏 ） 上光 强最 弱 ；５重 复 ３ 、４操作 ，使观察 屏上 光强 最弱 ， ） ） ）
儒斯 特定律 ｔ ＝ｎ ／ 能够计 算 出玻 璃 的折射 率 ， 中 ｎ 为玻 璃折射 ａ ｎ 其 率 ， ｎ为空 气折射 率（ ． 近似 取为 １． ） 根据 菲 涅尔公 式 ，光 在介 质表 面反 射 时 ，其 平 行分 量和 垂直 分量
折 射 率 其 实 验 装 置 示 意 图
（ ｌ ｇ ｆＰ ｙ ｉｓａ ｄ Ｉｆ ｒ ｔ ｎＥｎ ｉｅ ｒｎ ， ｎ ｎＮｏｍａ ｉｅｓｔ， ｎ ｉｎ ５ ０ ７ Ｃｈｎ ） Ｃｏ ｌ ｅｏ ｈ ｓｃ ｎ ｎ ｏｍａｉ ｇ ｎ ｅｉ ｇ Ｈｅ ａ ｒ ｌ ｅ ｏ Ｕｎｖ ｒｉ Ｘｉｘａ ｇ４ ３ ０ ， ｉ ａ ｙ
Ａ ｂｓ ｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ｔｈｅ ｅ ｘｐｅ ｉ ｅ ｒ ｃｅ ｓ ｏ “ ａ ｓｒ ｆａ ｉ ｎｄｅ ｅａ ｕｒ ｒｍ ｎｔｐ ｏ ｓ ｆ ｇｌ ｓ ｅ ｒ ｃｔｏｎ ｉ ｘｍ ｓ ｅｍｅｎ ｔｂａｓ ｄ ｅ ｓｅ ａ ” ｉ ｎａ ｙ ｅ ｅ ｏｎ Ｂｒ ｗ ｔ ｒｌ ｗ ｓ ａ ｌ ｚ ｄ．
透明介质布儒斯特角的测定
实验题目 透明介质布儒斯特角的测定【实验目的】1、掌握布儒斯特角测量原理及实验设计思路.2、利用PASCO 数字实验教学系统测量布儒斯特角.3、了解布儒斯特角在测量介质折射率中的应用.【实验仪器】1、PASCO500仪器系统.2、He-Ne 激光器1架.3、D 形棱镜1个.4、圆形可调偏振片2片.5、方形偏振片1个.6、可调狭缝1个.7、计算机.【实验原理】1、布儒斯特角当非偏振光在非传导介质表面反射和折射时,使反射光和透射光都会发生偏振,它们的偏振状态取决于光的入射角以及反射物质的性质.一般情况下,光线斜入射非传导介质表面时,反射光和透射光都是部分偏振光,且反射光垂直于入射面的电矢量分量比较强,透射光平行于入射面的电矢量分量比较强.但是,当入射角为一特殊值时,反射光会完全偏振,即反射光为平面偏振光,且其电矢量的振动方向垂直于入射面,该特殊角即称为布儒斯特角.根据菲涅耳反射折射公式以及振幅反射率、透射率的定义式,可得211212211212112221112221cos cos tan()cos cos tan()cos cos sin()cos cos sin()p sn n r n n n n r n n θθθθθθθθθθθθθθθθ--⎧==⎪++⎪⎨--⎪==⎪++⎩1121121111222cos cos cos 2cos cos cos p s n t n n n t n n θθθθθθ⎧=⎪+⎪⎨⎪=⎪+⎩为了得到一个较为清晰的印象,如下,给出了光从光密射向光疏以及光从光疏射向光密时,不同入射角的强度反射率图线.由右图可以看出,存在那么一个角度,当入射角于此时, p 分量的反射率减小为零,此时21tan()θθ+=∞,代入折射定律1122sin sin n i n i =,可得,布儒斯特角21arctan p n n θ=于是, 21tan P n n θ=,此关系式称为布儒斯特定律.由此还可知,若已知介质1的折射率,只需找到对应于介质2的布儒斯特角,便可求出介质2的折射率.又由21221tan sin sin P P n n n n θθθ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩(2θ为折射角)可知, 2sin cos P θθ=,即此时22P πθθ+=,反射光与折射光相互垂直.2、布儒斯特角的测量光以布儒斯特角入射两个介质表面时,反射光为电矢量的振动方向垂直于入射面的平面偏振光.因此,让反射光经过一个偏振器,检偏器的偏振方向垂直于入射光的偏振方向,当透射光的强度为零时,则对应的入射角为布儒斯特角.但实验时,由于偏振片无法完全消光、外界光照的影响等因素,透射光强度并不能减小到零.实验时,使用经过偏振片后的光强与无偏振片使得总光强的比值R 作为判定依据,当R 最小时,即可认为所对应的入射角为测量介质的布儒斯特角.【实验步骤】1、仪器摆放于调节①光具座的两端分别放置传感器与激光器.转动分光角盘,使转动传感器与光具座平行,此时,分光光度计盘应指在180°的位置.②打开激光器,调节激光器后方的XY 调节螺丝,使激光正好打在光传感器的狭缝中心. ③将偏振片I 转到45︒ (保证相同的S 与P 分量),并置于传感器与激光器之间.④将偏振片II 放置于偏振片I 与激光器之间,实验时可利用偏振片II 调节实验光强⑤打开计算机与500PASCO 型平台,将光电传感器的增益开关打到1⨯档.打开桌面上已经编辑好的” Brewsters ”文档,点击”启动”按钮,查看此时光传感器所接收到的光强大小.⑥将准直狭缝调节到”4号”,并放置在光具座的中间位置(偏振片之前).细调准直狭缝,观察屏幕上的示值,使光电传感器接收到的光强基本达到最大处.⑦将D 型棱镜放置在布儒斯特角盘的阶梯上,调节布儒斯特角盘,使得激光与棱镜直线边平行(即屏幕上光传感器的示值与没有放上棱镜是基本相同).至此,仪器调节完毕.再光具座上,仪器的摆放位置应为:激光器-2个偏振片-准直狭缝-分光带盘(带有支臂来固定光电传感器)- D 型棱镜-转动传感器-光电传感器.2、实验数据采集①重新点击DataStudio 中的”启动”按钮,此时默认初始位置为90︒.调节偏振片II 使刚刚开始时的光强示值大于50%,本次实验选取值大于80%.②转动光传感器使DataStudio 中的角度示数为80︒,转动布儒斯特角盘,使得激光束正好被D 型棱镜反射到光电传感器的狭缝中心.在DataStudio 软件中,点击”保留”以记录此时反射光的总光强0I .③将事先准备好的方形偏振片放置在光电传感器前方, 点击”保留”记录下此时反射光经过偏振片后的光照强度1I .回车后,查看此时的光照强度比值10=IR I .④继续转动光传感器,并重复步骤②、③.传感器在80︒到60︒的范围内,每次转动以5︒为单位,在60︒到50︒的范围内,每次转动以2︒为单位,小于50︒后再以5︒为单位转动.实验时若光强示数小于10%,则调节光电传感器上的增益按钮使光强尽量大于10%,但实验过程中光强不可大于90%.⑤数据采集结束后,查看各个数据所对应光照强度比值R ,R 最小处所对应的角度,即为本次实验所测得的棱镜布儒斯特角.3、实验结束,收拾整理仪器.【数据处理】本次实验的实验数据结果如下布儒斯特角实验数据表格Ratio-Angle 实验散点图依据实验数据,在Ratio 取值最小处,激光的入射角度为56.033︒,即本次实验测得待测D 型棱镜的布儒斯特角56.033p θ=︒依据布儒斯特定律21tan P n n θ=,得到D 型棱镜的折射率 21tan 1.00278tan56.033 1.49p n θ==⨯≈n【实验结论】1、本次实验,利用500PASCO 平台与DataStudio 数据处理软件,测得待测D 型棱镜的布儒斯特角约为56.033︒.2、根据实验结果,利用布儒斯特定律,测得待测D 型棱镜的折射率 1.49n ≈.3、玻璃的绝对折射率n 因玻璃材料配比不同应介于1.5~1.9的范围内,但实验却测得 1.49n ≈.由1tan 1.00278tan p p n θθ==n 可知,实验所测得的D 型棱镜布儒斯特角偏小了.误差分析1、本次实验在布儒斯特角存在的范围附近是以2︒为一个单位进行调节测量的,由此布儒斯特角测量的最小分度偏大,导致无法得到精细的布儒斯特角范围.2、本次实验时发现转动传感器存在某些角度测量时存在可以被感受到的空程差,即虽然在转动光电传感器,但DataStudio 中的角度并无变化.3、本次实验时,并没有很好地保证外界环境光强不变,同学们经常性的开关门以及用台灯照明灯等都微小地改变了传感器上的光强.【思考练习】1、利用布儒斯特角来确定丙烯酸材料的折射率,此时1n 应该是多少?答: 丙烯酸材料由于无色无味且有毒，所以一般会在表面镶一层玻璃后再保存,故此时的1n 应为表面玻璃的折射率,介于1.5~1.9之间.2、当光线在水面反射时,其布儒斯特角是更大还是更小? 答:根据布儒斯特定率21tan P n n θ=,由于①入射角介于0~90,tan θ随入射角而上升.②水的折射率约为43小于玻璃的折射率.故当光线在水面反射时其布儒斯特角比在玻璃中来的小.。
测量晶体折射率的一种简单方法——布儒斯特角法
测量晶体折射率的一种简单方法——布儒斯特角法
尹鑫;张怀金
【期刊名称】《压电与声光》
【年(卷),期】1998(20)5
【摘要】介绍一种测量晶体折射率的简单方法。
这种方法所用样品尺寸小，加工
精度要求低，且测量过程简单，特别适合于测量那些不透明或半透明晶体的折射率。
【总页数】3页(P344-346)
【关键词】晶体;折射率;布儒斯特角
【作者】尹鑫;张怀金
【作者单位】山东大学晶体材料研究所晶体材料国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O734.2
【相关文献】
1.一种无损测量毛边眼镜片折射率的简单方法 [J], 刘良合
2.用布儒斯特角法同时测定单轴晶体的折射率和光轴方向 [J], 邢进华
3.用布儒斯特角法测量各向同性固体的折射率 [J], 郭秀芝;陈若辉
4.一种利用光强差测量介质折射率的简单方法 [J], 周文平;宋连科;李国良;王静
5.布儒斯特角法测量金属薄膜折射率并解释不消光现象 [J], 贺昊;赵地;王鑫;苏为宁;江洪建
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于布儒斯特定律测量折射率的设计与实现
中图分类号：O439
文献标识码：A
文章编号：1002-4956(2021)06-0117-04
Design and realization of measuring refractive index based on Brewster law
DONG Xijie, CAO Shangwen, XU Jialu, TAN Xinyang, XIONG Zuzhao, LI Yu
折射率是介质的重要光学参数之一，反映了介质 的光学基本性能、浓度、纯度、色散等，并与介质结 构、密度及光线的波长有关[1-6]。折射率是油气田开采、 煤矿产业、航空航天、电力系统、医学、生物化工等 领域进行质量与安全监测的重要指标，在食品检测、 生化医疗等领域也是重要物理参量之一[6-9]。
目前在高校实验教学中，测量折射率的方法主要 有最小偏向角法、等厚干涉法、迈克耳孙干涉仪法、 全反射测量法等。利用布儒斯特角测量折射率是一种 无损测量方案[10-11]，但传统的测量方案在实验教学中 存在一些限制[12-13]，通常要求介质为固态光学玻璃， 直接进行角度的测量，并且角度最小测量间隔是 0.1°，
收稿日期: 2020-11-24 基金项目: 国家自然科学青年基金项目（11804260）；国家级大学生创新创业训练项目（201910488014）；湖北省高等学校实验室研究项目
（HBSY2019-05）；湖北省高等学校省级教学研究项目（2020345、2018246）；武汉科技大学校级重点教学研究项目（2019Z013） 作者简介: 董锡杰（1980—），女，黑龙江密山，博士，正高级高工，物理实验中心副主任，主要研究方向为实验物理、材料物理，xijiedong@
。 引文格式: 董锡杰，曹尚文，徐嘉璐，等. 基于布儒斯特定律测量折射率的设计与实现[J]. 实验技术与管理, 2021, 38(6): 117-120. Cite this article: DONG X J, CAO S W, XU J L, et al. Design and realization of measuring refractive index based on Brewster law[J]. Experimental Technology and Management, 2021, 38(6): 117-120. (in Chinese)
布儒斯特角法分光计测量折射率实验的探讨.doc
---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 布儒斯特角法分光计测量折射率实验的探讨摘要：分光计是大学物理中测量折射率的主要仪器。
最常用的测量折射率的方法是最小偏小角法，该方法测量出的折射率精度较高，但操作繁琐，针对这一问题，本文尝试了布儒斯特角法测量三棱镜、玻璃砖、四硼酸钠、硫酸铝、冰五个实验，并分别与用最小偏小角法测出的三棱镜的折射率以及其他物体的理论值相对比，结果显示，它们都非常接近，相对误差不超过4%。
所以，当对物体折射率的精确度不高时，用布儒斯特角法比用最小偏向角法测量出折射率更方便快捷。
关键词：布儒斯特定律；折射率；分光计；偏振片The Study of The Experiment of The Spectrometer To1 / 13Measure The Refractive IndexAbstract: According to the university physics experiment, the refractive index can be received by the method of minimum deviation Angle . Then through the spectrometer measurement objects of the refractive index of the experimental analysis, according to the principle of brewster Angle, the experiment can be improved , that is a polaroid is placed in the front of the spectrometer telescopes, observation light reflection polarization phenomenon in the surface of the medium, record ing the readings and measuring brewster Angle, then the refractive index of the object is calculated. Comparing about the two cloth of Confucianism, the Angle measured by the experimental results and the results are consistent with other income of precision experiment, and the relative error is less than 4%. As a result , The brewster Angle method is more convenient and quick when the refractive index is not high, than the method of minimum deviation.Key words: Brewster law; Refractive index; Spectrometer; Polarorid---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------目录摘要1引言11.实验原理21. 实验原理光是一种人眼可见的电磁波，也称为可见光谱。
26利用布儒斯特定律测量玻璃折射率
选择性实验：二十六利用布儒斯特定律测量玻璃折射率一、目的要求利用光反射后的起偏振作用，应用布儒斯特定律测量平面玻璃对钠光的折射率。
实验要求达到：1.认识光的偏振特性。
2.学会分光仪的调节方法。
3.理解和正确判断布儒斯特角的反射位置。
二、仪器设备分光仪、平面反射镜（或棱镜）、检偏器、钠光灯。
三、参考书目1.程守洙、江之永：《普通物理学》第三册（第三版），p.214－218。
2.杨之昌、王潜智、邱榴贞：《物理光学实验》上册，p.198－205。
3.R·M·惠特利、J·亚伍德：《伦敦工学院200个物理实验》，p.166－168。
4.李允中、潘维济：《基础光学实验》，p.107－114。
5.A·M·波蒂斯、H·D·杨：《大学物理实验》，p.219－224。
6.D·哈里德、R·瑞斯尼克：《物理学》第二卷第二册，p.577－579。
四、实验原理光是电磁波，是横波。
凡振动仅限于光传播方向平面内的一个固定方向，这种光称为偏振光。
一个原子或分子在某一瞬间所发出的光（亦称波列）是偏振光。
然而各原子或分子各自发出的光其振动方向各不相同，因而它们的组合——自然光是非偏振的，且没有一个振动方向占有优势。
实验证明，自然光在两种媒质的界面上反射或折射时，发射光或折射光都将成为部分偏振光（即某一振动方向上占优势）。
图1就是在空气与玻璃界面上（MM’）自然光经反射和折射后光振动的变化情况。
图中黑点表示垂直纸面的振动方向，短线表示平行于入射面的振动方向，它们的多寡反映了两个方向的强弱。
从图中可以看到，自然光从空气入射到玻璃后，反射光R 中垂直纸面的振动占优势，而折射光R ’中平行入射面的振动占优势，它们都变成了部分偏振光。
这一实验事实可用菲涅耳公式加以证知。
实验还发现，反射光和折射光的偏振化程度还与入射角i 密切相关。
布儒斯特（Brewster ）从实验中确定，当入射角达到一个特定值时，反射光R 将是完全偏振光（一切光振动方向均垂直于纸面）。
布儒斯特定律测折射率 用布儒斯特定律测量透明介质折射率
布儒斯特定律测折射率用布儒斯特定律测量透明介质折射率 1.实验目的1.观察光在界面上反射和折射时，发生的偏振现象；2.利用布儒斯特定律测量介质的折射率。
2.实验原理2.1光的偏振状态[5]光是一种电磁波,是横波,它的电矢量E和磁矢量 H相互垂直,且垂直于光的传播方向 C（图2.1-1）,偏振现象是横波所独有的特征。
在研究光现象时,通常将 E叫做光矢量,E 的振动叫做光振动。
图2.1-1在光的传播过程中,如果光矢量 E 始终在一个固定的平面沿一个固定的方向振动,这种光称为线偏振光或平面偏振光。
在垂直于传播方向的平面内,沿各方向振动的光矢量的分布各项均匀,而且各方向光振动的振幅都相同,这种光称为自然光。
光的电矢量在某个方向上出现的几率大于其他的方向,即在较长的时间内电矢量在某个方向上较强,这样的光称为部分偏振光。
如图 2.1-2 所示。
偏振光自然光部分偏振光图 2.1-22.2光在界面上反射和折射时,发生的偏振现象及布鲁斯特定律自然光在两种媒质的分界面上反射和折射时,反射光和折射光都将成为部分偏振光,在特定的情况下,反射光有可能成为完全偏振光。
例如,自然光射到玻璃界面上的反射和折射情况。
现在将自然光分解为两个振幅相等的分振动:其一和入射面入射光与界面法线方向构成的平面垂直,在图 2.2-1中用黑点表示与入射面垂直的振动;其二和入射面平行,在图中用短线表示和入射面平行的振动。
黑点和短线的多少形象地表示上述两个分振动所代表的光波的强弱光波的强弱和振幅平方成正比,在自然光中,黑点和短线是均匀分布的。
根据布儒斯特定律[2],当以布儒斯特角i0入射时,反射光为线偏振光只有垂直于入射面的振动,而折射光为部分偏振光平行于入射面的振动占主要成分,如图 2.2-1。
i0也称为起偏角。
根据布儒斯特定律，有：tan感谢您的阅读，祝您生活愉快。
布儒斯特定律测折射率的光学系统设计
布儒斯特定律测折射率的光学系统设计折射率，即光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比。
是材料的一种常用光学参数，在多个领域都具有重要的研究意义。
测量折射率的方法多种多样，利用的原理和仪器都不尽相同。
本实验设计了一种以布儒斯特定律为原理，使用分光计搭建光学系统的折射率测量方法。
1 原理布儒斯特定律：自然光在介质界面上反射和折射时，一般情况下反射光和折射光都是部分偏振光，只有当入射角为某特定角时反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，此特定角称为布儒斯特角。
此时：tan θ=n2/n1光在空气中的折射率为n1，故玻璃折射率n2=tan θ·n1。
当入射角为布儒斯特角时，反射光与折射光夹角刚好为90°。
本实验通过寻找反射光与折射光成90°角时的入射角，用分光计读出此时入射角的角度，再利用布儒斯特定律计算出样品的折射率。
2 光学系统设计实验仪器：分光计、量角器、可调光阑、光幕、He-Ne激光器。
（1）将分光计的目镜镜筒取下，把He-Ne激光器及可调光阑安装在分光计上。
打开激光器，用可调光阑将激光束调整到可观测并且不刺眼的大小。
调整并固定激光器和可调光阑位置，使激光束通过载物台圆心正上方且与直径平行。
（2）在分光计一侧固定一支架，使支架下端垂直悬于载物台圆心上方，将量角器安装在支架下端，保证其可以沿着支架上下移动，并可在水平方向转动。
在分光计另一侧安装可标记反射和折射光路的光幕。
（3）将待测样品固定在载物台上，使其两个平行面垂直于载物台。
选取一平行面为入射面，并将入射面与载物台直径对齐。
再次调整转动激光器，使激光束可平行通过入射面。
（4）通过转动激光器调整入射角，找到待测样品的布儒斯特角即可进行测量计算。
3 实验步骤3.1 系统搭建完成后，打开分光计与He-Ne激光器。
待激光束稳定后，转动激光器，调整到激光束与待测物入射面平行时，记录下此时分光计两游标读数α1、α2。
利用布儒斯特角测定水的折射率
由光 的折射定 律可知 Ｔ ／ ２ １ 一 一 一 ｓ ｌ ｎ ｚ ｏ， 式中 ７ ／ １
４介绍 了反射引 起 自然光 的偏 振 现象 。本文 就 介
绍利用 布儒斯特 角测定水 的折射率 的方 法 。
２ 布 儒 斯 特 角的 简 易测 量 方 法
如 图 ２所示 ， 在 房 间 天花 板 上 悬 挂 一 盏 ４ ０ Ｗ 的 白炽 灯 ， 地 板上 放置 一个 直径 约 ５ ０ ｃ ｍ 的盛 水 大
动偏 振 片 ， 使 其透 振 方 向为 竖 直 方 向 ， 与线 偏振 反 射 光 的偏 振方 向垂 直 ， 将 发 现 处 于某 一 位 置 时 ， 水 面反 射 的灯光 突然 消失 。这 时停止 移 动 ， 并 稍 稍使
强 度及 偏振 化 的 程 度都 与入 射 角 的大 小 有 关 。当 入 射 角等 于某 一特定 值 ｉ 。 时， 虽 折 射光仍 是 部分偏
Ｌ — ＡＣ ４ － Ｃ Ｂ＝ ＝ ＝（ 一 ） ｔ ａ ｎ ０ Ｂ ４ － （ Ｈ — ） ｔ ａ ｎ ０ Ａ
图 １ 光 的 传 播 线 路
因０ ａ一
９ ０ 。
则 Ｌ一 （ Ｈ ＋ ｈ一 ２ ｄ ） ｔ ａ ｎ ０ Ａ
３ ４
中小 学实 验与装 备 ２ ０ １ ３ 年 第 ６期
第２ ３卷
自制 ・ 改进 ・ 创 新
铁 丝在氧气中燃烧实验 的改进
湖北省仙 桃 市第三 中学（ ４ ３ ３ ０ ０ ０ ） 饶 志权
基于布儒斯特定律测折射率的实验仪器设计
结构、组成、浓度、温度等特性，因此在生 程度也随之改变，当入射角满足
调节装置。
产生活各个领域中都有很重要的应用。现
tani0=n2/n1
(1)
载物台支架：仪器整体基于可调平底
有的折射率测量方法有很多，我们归结为 时，反射光中就只有垂直于入射面的光振 座 11上。载物台 1的侧面标有 0°~180°
以下几种：
率[J].大学物理实验,1998,11(2):20~21.
观察到反射光点明暗不断变化直到完全
作者简介：杨文锦，女，1985年出生，山西交城县人，讲师，研究方向：高能粒子方面。
同。
基金项目：山西省教学改革创新（2017120）；太原工业学院 2018年大学生创新创业训练
将三棱镜放置于载物台 1上，只要求
项目（20181010）。ຫໍສະໝຸດ 三棱镜的一个反光侧面大致朝前。
年第 期
河北
机电·教育·推广
承接到激光经由棱镜侧面反射出来的光
我们可以在两面平行的基板表面（基
[5]辛督强,朱民,解延雷,张涛.测量液
点。
板很薄，最好是不透明材料，并和液体不 体折射率的几种方法[J].大学物理,2007,26
转动偏振片 8，观察光屏上的反射光 发生化学反应）附一层薄的液体膜，且只 (1):34~37.
[14,16]
光屏装置：光屏 10垂直安装在支架 9上，并可沿其上下移动，支架 9上均匀 刻有最小分度值为 0.5mm的刻度线。
竖直调节装置：支架 6、9垂直安装在 支架 4、5上，并可沿其移动，支架 4、5上 有最小分度值为 0.5mm的刻度线。支架 4、5与滑块 2、3竖直方向铰接，使两支架 可绕滑块在竖直方向转动。
2仪器设计 仪器的整体外观设计，如图 2所示：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.510835
6
334.8
301.5
56.7
1.522355
平均值
/
/
57.28333
1.557339
������������������
=
√∑6������=1(������������������ 5
−
���̅���̅���̅��� )2
=
0.702614166°
������������
=
√(������������������������������
利用布儒斯特角测量玻璃的折射率
林涵容 （华东师范大学 物理与材料科学学院，上海，201100） [摘要]偏振是光作为横波区别于纵波最明显的特征，但光接收器只能测量光的 强度无法测量光的偏振度。实验中常将光接收器与偏振片和波片等光学器件相结 合，来测量光的偏振度。根据光的偏振性原理和布儒斯特定律，通过测量光的偏 振度，来测量玻璃的折射率，探究新的折射率测量方式的同时，对布儒斯特角有 更直观的认识。 [关键词]布儒斯特角；折射率；偏振；光强
图 1[5] 菲涅尔公式的示意图
因此，欲使反射光为线偏振光，只要使������1
+
������2
=
������，���������′���1
2 ������������1
=
0。电矢量的平行分
量就完全不能反射，反射光中只剩下垂直于入射面的分量。即入射角和折射角之
和等于������，反射光电矢量的平行分量为 0，反射光为线偏振光，记此时的入射角为
2.1 布儒斯特角
马吕斯在 1809 年通过一块方解石晶体去看巴黎勒克森堡窗户反射的太阳光 时，无意中发现光在反射时可以产生偏振。当一束自然光在两种介质的界面上反 射和折射时，反射光和折射光的传播方向虽由折射和反射定律决定，但这两束光 的偏振态，要根据光的电磁理论，由磁场的边界条件决定。[3]
自然光的电矢量可以分解为平行于入射面的分量和垂直于入射面的分量。如 图 1，以������1、������1′、������2分别表示入射角、反射角和折射角，以������1、������′1和������2来依次表 示入射波、反射波和折射波的电矢量的振幅，它们的分量相应就是������������1、������′������1、������������2
间变化，仔细观察接收器反射光的强弱变化，选定反射光强最弱的位置。 （4） 旋转������1的角度，观察接收器反射光的强弱变化，找到一个反射光强最弱的
������1方位。 （5） 依次重复步骤（1）和（2），直到反射光强近于 0，此时������1方位角恰好使出
射平面偏振光与入射平面相重合。反射光强最弱时，对应的入射角������������即为 布儒斯特角，记下此时读数������2。 （6） 入射角������������ = 90° − |������2 − ������1|，满足������������ = ������������������������������������ (������������0)，式中������0为入射介质折 射率，������为样品折射率，计算样品折射率������ = ������0������������������������������。
5.3 方案二出现的情况及思考
（1）方案二出现了光功率计仍有光入射，但光强显示为 0 的情况。可能原因如 下： ①偏振片������′的偏振性不够好，纯度不够，透过的光不完全为线偏光。 ②三棱镜转动与偏振片和光功率计不同步，可能错过布儒斯特角。 （2）方案二中光具组先产生了圆偏振光再反射至三棱镜上，实际情况用自然光 也能达到相同的效果。
图 2 方案一连接示意图
3.2 方案二：圆偏振光消光法
（1） 如图 3，连接光具组，调整光路，使光传播方向和光具组平行。
（2）
调整起偏器������和1波片的角度，产生圆偏振光。
4
[6] 张志东，魏怀鹏，展永.科学出版社.大学物理实验（第四版）[M].2011
（3） 使三棱镜反射的光与入射光重合，记下此时读数������1。 （4） 转动样品（三棱镜）面使反射角在50°~60°之间变化，转动偏振片������′，仔
图 5 用于准直的光阑
5.2 方案一失败原因思考
（1）方案一要求偏振片������1的偏振方向与入射面平行，因而旋转������1的角度，观察 接收器反射光的强弱变化至找到一个反射光强最弱的������1方位。但入射光可能为偏 振性很强的部分偏振光，某个方向的光强极小，导致通过的光的光强过小。 （2）玻璃片反射的光光强太小，光吸收器灵敏度不够高。
− +
������2) ������2)
结合上面两个式子，不考虑方向，可得
(1) (2)[4]
������′������1 ������������1
=
������′������1 ������������1
cos(������1 cos(������1
+ −
������2) ������2)
(3)
利用布儒斯特定律测量固体材料折射率，不需制成特殊形状(如棱镜)，材料也 可为非透明介质，因此，该方法在工业生产和科学研究中得到了广泛应用。在实 验室中，该方法仪器简单，测量操作较少，但测量精度有待提高。
本文利用布儒斯特角和光的偏振特性，设计实验方案，测量玻璃的折射率。
2、 实验原理
光是一种电磁波，电磁波是横波，电场强度矢量������和磁场强度矢量������均与光的 传播方向垂直，把能引起人的视觉作用的电场强度矢量������称为光矢量。[2]在一束 光中，光矢量E相对于光的传播方向分布的非对称性叫做光的偏振。
2
)
���������2���������
=
1 ������������������2������������
������������������
=
0.041978493
≈
0.04
������ = ���̅��� ± ������������ = 1.56 ± 0.04 计算结果与普通玻璃折射率相近。
2
������1������，称为布儒斯特角。代入折射定律，得
tan
������1������
=
sin ������1������ cos ������1������
=
sin ������1������ sin ������2
=
������2 ������1
(4)
布儒斯特角直观含义为反射光和折射光夹角为90°。
=
������������������(������1 ������������������(������1
− +
������2) ������2)
������′������1 ������������1
=
−
������������������(������1 ������������������(������1
5、 实验反思
5.1 ������������的确定
������1为三棱镜反射面与入射光垂直时的转盘读数，要求反射光与入射光重合， 但光线经过偏振片等仪器光强减弱，且三棱镜反射光强更弱。采用的改进措施为，
在三棱镜与前面的仪器之间添加光阑，光阑孔径大小使入射光刚好通过，便于观 察反射光的位置，更好地准直。
图 6 光功率计示数为 0
6、 总结
利用布儒斯特角测量折射率的结果为������ = ���̅��� ± ������������ = 1.56 ± 0.04，与真实情况 相接近，误差较小，可重复性好，但仪器不易拼凑。总的来说，此方案可行。
参考文献
[1]王泽斌,周进朝,黄佐华.线偏振光反射法测量介质材料折射率的方法[J].激光与 光电子学进展,2012,49(12):92-96. [2]王旭,李淼,梁晓东.利用布儒斯特定律测玻璃折射率实验过程分析[J].新乡学院 学报(自然科学版),2012,29(03):210+213. [3]魏茂金,杨崴崴,刘德功.基于线偏振光反射率测量介质折射率的研究[J].应用光 学,2010,31(01):100-104. [4]赵青生.安徽大学出版社.大学物理实验（修订版）[M].2004 [5]詹卫伸，丁建华.大连理工大学出版社.物理实验教程[M].2004 [6]张志东，魏怀鹏，展永.科学出版社.大学物理实验（第四版）[M].2011 [7]姚启钧编著；华东师大光学教材编写组改编.光学教程 第 5 版[M].2014
细观察接收器反射光的强弱变化，至反射光线偏光，即转动������′仅一个角度 透光，其余光强几乎为 0，此时对应的入射角������������即为布儒斯特角，记下此 时读数������2。 （5） 入射角������������ = 90° − |������2 − ������1|，满足������������ = ������������������������������������ (������������0)，式中������0为入射介质折 射率，������为样品折射率，计算样品折射率������ = ������0������������������������������。
1、 引言
折射率是介质材料的主要光学参数之一，其测量在工业生产和实验研究中具 有重要意义。目前折射率的测量方法众多，基于光学的测量方法分为多种，如最 小偏向角法、布儒斯特角法、激光干涉法、椭圆偏振法、全反射法等。这些方法 各有不同的测量精度及测量过程，但一般都可以归结为测角法。它们都有一定的 局限性，若要进行自动检测，不仅工序繁琐而且有主观误差，还需要一套精密测 量的光学仪器系统。[1]
2.2 二向色性
有些晶体对不同方向振动的光矢量具有不同的吸收本领，这种选择吸收性称 为二向色性。当自然光射入二向色性晶体时，透射光的光矢量仅在某一特定方向 上，该方向称为晶体的偏振化方向，也称为透振方向，而其他方向的光振动则被