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1、物理系设计性实验小论文三棱镜折射率测定的不同方法比较班级：物本0701姓名：学号：2007091100指导老师：9三棱镜折射率测定的不同方法比较摘要：测定晶体折射率有多种不同的方法,且折射率是物质的一种重要光学参数，在生产和科学研究的许多部门中都会遇到测量折射率的问题。测量三棱镜的折射率，常用的方法很多，本文系统介绍了最小偏向角法、布儒斯特角法、临界角法（全反射法）三种方法来测量三棱镜的折射率。根据对这三种方法的实验原理、实验步骤以及对实验的误差进行分析比较，总结得出各种测量方法的特点。关键词：三棱镜
2、；最小偏向角；偏振光；临界法；布儒斯特角；临界角；折射率引言：随着科学的不断进步和研究的不断深入，人们发现折射率是物质的一个基本物理量，它影响到物质的各种物理特性，而在其他各个领域的研究中往往会用到与其相关的各种物理量，特别是在光学和材料领域，光学介质的折射率将扮演着举足轻重的角色。三棱镜折射率的测定是一基础光学实验，测量方法多样，其中：最小偏向角法测量棱镜的折射率这是一个基础的光学实验，方法简单，测量精度较高，所测折射率的大小不受限制。同时最小偏向角法还可以用来测定光栅常数。儒斯特角法测量三棱镜折射
3、率原理复杂，过程简单。一般对布儒斯特角的测量，利用高校物理实验室都有的分光计实验装置,在望远镜前端加一偏振片,稍做改动,即可观察光在各向同性介质分界面上反射和折射时的偏振现象,可以既简单又精确地测量布儒斯特角,并验证布儒斯特定律。临界法（全反射法）属于比较测量，利用光学中的全发射，光从三棱镜射入空气中，入射角为某一数值时，会发生全反射，而且这种方法的实验步骤与最小偏向角法相似，操作过程简单。一、实验原理1.1分光计简介分光计的测量原理：光源发出的光经过平行光管后变成平行光,平行光经载物台上的光学元件折
4、射、反射或衍射后改变了传播方向,绕中心转轴转动的望远镜先后接收到方向没有改变和改变后的平行光，然后由读数圆盘读出望远镜前后两个位置所处的角度，即可由相关公式计算出望远镜的转动角度。图1.1.1为学生分光计[1]的读数与角度计算原理图。分光计的主刻度盘与望远镜锁定在一起，而游标盘与主轴锁定在一起；望远镜绕主轴转动时，游标尺不动而主刻度盘随望远镜转动，这样就可以由起止角度的差值计算望远镜的转动角度。分光计上圆弧形游标的读数原理类似与游标卡尺，主刻度盘上每一小格为，游标尺上每一小格为，两尺每格相差，最小读数
5、为。读数时，先读出游标尺零刻度线左边所在主刻度盘刻度线所代表的角度值，不足的部分由游标尺上与主刻度盘刻度线对齐的那一条刻度线读出，两者之和即为总读数。计算角度时要注意转动过程中游标尺是否经过零刻度线。当望远镜转动后，某游标尺相对于主刻度盘的位置由1变为2时，相对应的角度读数分别为和。望远镜在转动过程中游标尺如果没经过零刻度线，这时望远镜转动的角度为，若转动过程中游标尺经过零刻度线，则望远镜的转动角度为[2]。9360o－
6、α1－α2
7、0
8、α1－α2
9、11802图1.1.1分光计的读数与角度计算图1.2
10、最小偏向角法测量三棱镜折射率原理AB’CGF图1.2.1参见图1.2.1，一准单色平行光束射向一棱镜，先后经棱镜表面两次折射，使得出射光线与入射光线之间有了一个夹角，称其为偏向角。偏向角随入射角而变，是的函数。从理论上，用求极值的办法推导出存在一个最小偏向角[3]和入射光线两者对称地跨于棱镜的两侧。可以证明，当入射角等于出射角时，入射光和反射光之间的夹角最小，称之为最小偏向角.[4]。由图1.2.1可知=∠FDE+∠FED=(－)＋(－)，当时，由折射定律有=，得=2（－)(1.2.1)又因+=2=－
11、=－（－）=(1.2.2)所以=(1.2.3)由式（1.2.1）和(1.2.3)得(1.2.4)由折射定律已知顶角A，只要测量出最小偏向角，就能够知道三棱镜的折射率。91.3布儒斯特角法测量三棱镜的折射率1.3.1光的偏振光波是一种特定频率范围内的电磁波,在这种电磁波中起光作用的主要是电场矢量,因此,电场矢量又称为光矢量。光的偏振证实光是横波[5]，所以光波中光的振动方向和光的传播方向垂直。如果振动方向均匀,而且各个方向光振动的振幅也相同,这种光做自然光。如果在垂直于其传播向的平面内,光波只沿一个固定
12、的方向振动,这种光叫做完全偏振光,又称线偏振光。介于完全偏振光和自然光之间的情形,叫做部分偏振光[6]。在垂直于波传播的一固定方向内，随着时间的延续，光矢量只改变方向不改变大小，也就是光矢量端点的运动轨迹为一个圆，这种光叫做圆偏振光。在光学实验中,常用某些装置完全或者部分移去自然光中两相互垂直的分振动之一,就可获得完全或着部分偏振光。从自然光获得偏振光的过程叫做起偏;获得偏振光的器件或装置叫做起偏器。起偏器有很多种，例如利用光的反射和折射起偏的玻璃片[7
