1、折射率的測定摘要：測量物質的折射率是大學物理實驗中的重要實驗。調節邁克爾遜干涉儀，用白光的干涉條紋測薄膜的折射率；調節好分光計，1）用掠入射法測水的折射率，2）用水棱鏡測水的折射率。關鍵詞：邁克爾遜干涉儀 白光干涉 分光計 掠入射法 三棱鏡水棱鏡 折射率正文1：測薄膜的折射率【實驗目的】1. 進一步掌握邁克耳遜干涉儀的調節和使用方法。2. 觀察白光干涉條紋，測量塑料薄膜的折射率。【實驗儀器】邁克耳遜干涉儀，溴鎢燈，汞燈，千分尺，凸透鏡【實驗原理】1. 邁克耳遜干涉儀，其結構如圖所示。 讀數系統（精度：0.1m）2.實驗光路圖S:光源 P1：分光板（半反鏡） P2:補償板 M1：定鏡(反射鏡)

2、M2:動鏡（反射鏡）邁克耳遜干涉儀利用分振幅法產生雙光束以實現干涉。在邁克耳遜干涉儀中產生的干涉相當于厚度為d（M1與M2間的距離）的空氣薄膜所產生的干涉，可以等效為距離為2d的兩個虛光源S1和S2發出的相干光束，即M1和M2反射的兩束光的光程差為=2ndcosi 兩束相干光的光程差不同，相遇時會產生干涉條紋。產生亮條紋時，=k (k=1,2,3)產生暗條紋時，=（k+1/2） (k=1,2,3)1) 等傾干涉條紋（圓形條紋）若薄膜上下表面平行，相干光1與2平行。其光程差只由入射角i決定。入射角相同的點的光程差相同，故稱等傾干涉，圖樣為同心圓。 當i=0時，光程差最大，在中心點處對應的干涉條紋

3、級數最高，2ndcosi=k2）等厚干涉條紋（直條紋）若薄膜的上下底面不平行，相干光1與2 將不再平行。光程差只與膜厚度有關，薄膜厚度相同處產生同一級的干涉條紋，厚度不同處產生不同級的干涉條紋。這種干涉稱為等厚干涉。其干涉圖樣是等距離分布的明暗相間的直條紋。 3.利用白光干涉測塑料薄膜的折射率在單色光照明時，是無法判斷M1和M2的相交位置的，即光程差=0的位置；用白色光照明時，在M1和M2的相交位置附近，由于色散效應和半波損失，會看見明暗不同的彩色條紋對稱的分布在一條黑色暗線的兩側，這條暗線就對應M1和M2的相交位置，稱為零級條紋。對應M1和M2的相交位置，此時若在M1鏡前加一厚度為h，折射率

4、為n的透明介質，彩色條紋消失。此時繼續向P1（半反鏡）方向移動M2鏡，直至再次出現白光彩色條紋。M2鏡移動的距離為d。則h、n和d之間滿足關系n=d/h+1【實驗內容及步驟】1、邁克爾遜干涉儀的調節 (1)點亮汞燈S，垂直照射凸透鏡，實驗準備時預熱5分鐘左右。(2)旋轉粗動手輪，使M1和M2至P1鍍膜面的距離大致相等，用眼睛觀察，將看到投影面（共有3個），其中2個是動鏡M2的反射像，另一個是M1的反射像。 （3）仔細調節M1和M2背后的兩對螺絲，直到M2的明亮的投影面與M1的投影面完全重合，這時可看到細的直干涉條紋，仔細調節兩對螺絲，使之形成等傾干涉條紋。(4)微調，調節與M1鏡相連的兩個拉簧

5、螺絲，使干涉條紋中心僅隨觀察者眼睛移動而移動，但不發生條紋“涌入”，“陷出”的現象。 2.觀察白光的彩色干涉條紋 ，記錄動鏡位置。（測量5組數據） (1)在用汞燈看到穩定的等傾干涉條紋后，轉動微動手輪，使條紋逐漸減少，直至視野中一片模糊，即d=0時。 (2)換用白光光源，按原來的方向轉動微動手輪，用眼觀察，直到視場中看見彩色條紋，條紋是豎直的，找到零級條紋（黑色條紋），調到視場中央。 (3)微調，調節與M1鏡相連的兩個拉簧螺絲，使條紋變為水平的，視場中央為黑色條紋，讀出此時動鏡位置值d1。 (4)在動鏡前放置薄膜，薄膜與動鏡是平行的，使薄膜擋住視場的一半，繼續按原來的方向轉動微動手輪，直至被薄

6、膜擋住的視場中出現彩色條紋復，以中央黑色條紋為準，讀出此時的位置值d2。 3薄膜厚度的測定 用千分尺測量，測量薄膜不同位置的厚度h共10次，取其平均值。4.計算薄膜的折射率。n=d/h+1【注意事項】本實驗使用的汞燈、溴鎢燈外殼有高溫，避免燙傷。儀器上的光學元件精度極高，不能用手觸摸光學鏡面。3在測量過程中，旋鈕只能沿一個方向轉動，即單向操作，以避免螺距空程帶來的誤差。4. 由于白光的相干長度很小,彩色條紋只有幾條，必需耐心細致地緩慢調節微動手輪，如果移動過快，條紋一晃而過，難于察覺。【數據記錄及處理】【總結】實驗用白光干涉法對薄膜折射率進行測量，當光程差為零、或近似為零時, 可觀察到彩色干涉

7、條紋的現象，加膜后，光程差改變，微調可再次觀察到彩色條紋。在實際操作過程中，觀察到彩色干涉條紋的位置存在于一定范圍內，測量存在誤差。而且調節邁克爾遜干涉儀時，條紋的穩定度不是很好。正文2：用分光計測水的折射率【實驗目的】1.加深對分光計的認識，掌握調整和使用分光計的方法。2.掌握用掠入射法測液體折射率。3.掌握用測水棱鏡的方法測水的折射率。【實驗儀器】分光計，三棱鏡，水棱鏡，棱鏡（長方體形的），鈉燈，平面鏡，水，棉簽【實驗原理】1.分光計，其結構如圖所示。 精確度:12.測三棱鏡和水棱鏡的頂角轉動載物臺，使三棱鏡頂角對準平行光管，讓平行光管射出的光束照在三棱鏡兩個折射面上（如下圖）。將望遠鏡轉

8、至I處觀測反射光，調節望遠鏡微調螺絲，使望遠鏡豎直叉絲對準狹縫像中心線。再分別從兩個游標（設左游標為A，右游標為B）讀出反射光的方位角、；然后將望遠鏡轉至處觀測反射光，相同方法讀出反射光的方位角、。由下圖可以證明頂角為： 3.最小偏向角d入射光 LD與出射光ER的夾角d 稱為偏向角。當改變入射角時，偏向角也會改變，在某個入射角處，偏向角最小，稱最小偏向角d m。三棱鏡和水棱鏡對入射光線的d m與其對入射光的折射率存在單值關系 用三棱鏡測量時，測出來的為三棱鏡的折射率n1,用水棱鏡測量時，測出來的為水的折射率n（光穿過水棱鏡的外殼玻璃時，進入玻璃和穿出玻璃的光線是平行的，故不需考慮玻璃的折射率）

9、。4.掠入射法測水的折射率光從一種介質進入另一種介質時會發生折射現象，（由光的折射定律可知：光在兩種介質界面發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比是一個常數。既 ）。當入射角為某一極值ic（掠射）時，能同時看到有折射光和無折射光的現象，用望遠鏡看到的視場是半明半暗，中間有明顯的明暗分界線。利用這現象就可以實現液體折射率的測量,此時有 （1）當光線射到AC面，再經折射而進入空氣時，設在AC面上的入射角為，折射角為，則有： （2）除掠入射光線外，其他光線例如光線在AB面上的入射角均小于，因此經三棱鏡折射最后進入空氣時，都在光線的左側。當用望遠鏡對準出射光的方向觀察時，在視場中將看到以光線為分界

10、線的明暗半蔭視場，如上圖所示。1）當三棱鏡的棱鏡角A大于角時，A、和角有如下關系： （3） 聯立（1）、（2）、（3）式，消去和后可得 （4）2）當三棱鏡的棱鏡角A小于時，A、和角有如下關系 （5）聯立（1）、（2）（5）式，消去和后可得 （6）【實驗內容及步驟】1.調整分光計1粗調（目測）調節望遠鏡的仰角調節螺絲、平行光管傾斜螺絲和載物平臺下的三個調節螺絲，使望遠鏡、平行光管和平臺基本水平。2細調（1） 調節望遠鏡，使望遠鏡對無窮遠聚焦。（2） 調節望遠鏡軸線及平臺與中心轉軸垂直。（3） 調節平行光管軸線與中心轉軸垂直。2. 掠入射法測水的折射率1) 測量三棱鏡頂角三次。2) 測量黃譜線最小

11、偏向角，測三次。(1) 放置好三棱鏡，使其中心和載物臺的中心重合。(2) 大圓盤與望遠鏡一起轉動，直到觀察到譜線。(3) 松開游標盤止動螺釘，轉動游標盤（連同載物臺及三棱鏡），觀察譜線移動方向，判斷偏向角增大減小，然后使載物臺向偏向角減小的方向轉動。(4) 當載物臺轉到某一位置時，雖然載物臺仍沿原方向旋轉，但譜線卻停住，進而反向移動，此轉折點即為最小偏向角位置。(5) 記錄最小偏向角的位置A與，記錄分劃板中心豎線對準光源狹縫時游標的位置A與B。則最小偏向角為)(21¢-+¢-=BBAAqqqq3) 測量（1） 用棉簽蘸水抹在三棱鏡的AB面上，用A作為棱鏡的頂角，并用另一輔助

12、棱鏡ABCD之一個表面AB與AB面相合，使液體在兩棱鏡接觸面間形成一均勻液層，然后置于分光計棱鏡臺上。（2） 打開光源，將它放在折射棱B的附近，旋轉載物臺，調整好光源和棱鏡的相對方位，將載物臺固定。轉動望遠鏡，使望遠鏡叉絲對準分界線，記下兩游標讀數（、），重復測量三次，取平均值。（3） 再次轉動望遠鏡，利用自準直的調節方法，測出AC面的法線方向即“十”字像對準分劃板中心的位置，記下游標讀數（、），重復三次，取平均值。由此可得： 4）計算水的折射率n。3用水棱鏡測水的折射率1)測量水棱鏡頂角三次。2)測量譜線最小偏向角，測三次。3）計算水的折射率。【注意事項】1. 實驗時，手不能觸摸棱鏡光學面。2. 刻度盤上最小刻度為30，測量時看清游標零刻度線是否越過刻度盤上30刻度線。3. 在計算望遠鏡轉過的角度時，