大学物理实验研究报告及三棱镜折射率

20xx—20xx学年度上学期物理实验教学示范中心

研究报告

实验名称：三种测量三棱镜折射率方法的比较

一、实验的研究现状及主要参考文献

研究现状：测量三棱镜折射率的方法常用的有：最小偏向角法、掠入法、布儒斯特角法、任意偏向角法、临界法、垂直底边射入法、全反射法等。

在操作上,最小偏向角临界现象明显,但在操作中确定最小偏向角的位置存在随机性、操作复杂,

会引入较大的误差1;用布儒斯特角法测量，只要知道入射光线的延长线与反射光线的夹角，利用公式，计算过程不复杂，但实验步骤繁琐，而且实验的过程易受外界影响2。临界法原理相对于其他两个复杂，但实验过程简单，实验现象明显。

通过一些实验，人们发现用最小偏向法和任意偏向角测量法测出的三棱镜的折射率的值是最为接近的。而用掠入法测得的折射率的值，跟这两种方法测得的值也是较为接近的；相对来说，用布儒斯特角法测得的三棱镜折射率的值跟另外三种测量的值相差较大。垂直底边入射法的操作较之最小偏向角法等传统方法更加简便，数据和最小偏向角法的结果符合很好，但数据准确性次于最小偏向角法，而且当被测材料折射率偏大时,会在被测材料内发生全反射3；最小偏向角法在数据的准确性方面优于垂直底边入射法和全反射法，虽然全反射现象明显，但在操作中确定临界点位置存在随机性,会引入较大误差4。全反射法的不确定度明显高于前两种。采用垂直底边入射法可以有效地达到简化测量三棱镜折射率的目的5。

参考文献：

[1]高文斌；大学物理实验[M].杭州：浙江大学出版社，2002

[2]钟鼎：大学物理实验[M].天津：天津大学出版社。2006

[3]陈良锐,彭力,蔡招换,等.测量三棱镜折射率的一种新方法[J].大学物理实验, 2008, 22(2)

[4]朱德权.垂直折射法测三棱镜的折射率[J].安庆师范学院学报:自然科学版, 2007, 13(4)

[5]葛松华,唐亚明.三棱镜的全反射特性研究[ J].物理通报, 2009(9):

二、实验需要的主要仪器设备和材料

分光计;三棱镜；双面镜；汞灯

三、实验的研究目的

了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的办法

掌握测定三棱镜顶角的办法

用最小偏向角法、全反射法、垂直底边入射法测定三棱镜的折射率，并分析比较。

四、实验的研究内容

为了找到一种最简捷的测量三棱镜折射率的方法,利用垂直底边入射法、最小偏向角法和全反射法对同一三棱镜的折射率进行了测量,并对数据进行了处理分析。从操作的简繁程度、测量数据的准确性和不确定度方面比较了3种测量方法的优劣。对各种方法提出了改进意见。综合操作的简捷性和数据的准确性,选出最优选择。

(1)垂直底边入射法测量原理。垂直底边入射法让入射光线垂直

于顶角的临边入射,实验中取AC边,其光路如图1所示。表达式为：n=[sin^2(ð)+(1+sin ð*cot A)2]^½只要测得顶角A和出射角r2,就能计算出三棱镜的折射率

(2)最小偏向角法测量原理。如图2所示,光线S1O1以入射角i1入射到三棱镜的AB面上,经三棱镜两次折射后,以i4角从AC面出射,入射光线和出射光线的夹角ð称为偏向角。

(3)全反射法测量三棱镜折射率测量原理。在测量三棱镜折射率的实验中,如果第1个光学面的入射角小于一定角度,光线将在三棱镜第2个折射面上发生全反射,刚好发生全反射时第1个光学面的入射角为三棱镜能发生全反射的最大入射角。如图3所示,设三棱镜的顶角为A,当入射光线入射到AB面上,发生折射,入射角为i,折射角为r,折射光线入射到AC面上,并恰好在AC面上发生全反射。