大学居家物理实验-漫反射法测量玻璃折射率

物理实验报告 哈工大物理实验中心班 号 33004 学 号 1190501008 姓 名 杨沥 教师签字 实验日期 2020年5月21日 预习成绩 学生自评分 总成绩 (注：为方便登记实验成绩，班号填写后5位，请大家合作。） 实验 ( 五 ) 漫反射测量玻璃折射率 一实验目的 准备简单的实验器材（激光笔、玻璃、直尺等），通过用激光笔射出玻璃漫反射的实验现象，运用大学物理所学习到的光学部分的知识，计算出玻璃的折射率，总结得出玻璃折射率与激光笔照射暗纹直径之间的关系，还可得出其A类不确定度。二实验原理 全反射现象：与法线的角度越大，光纤折射的部分则越少，直至当大于临界角时，全反射便会发生。如图所示：实验中会将被水湿润的纸巾铺到需测量的玻璃上，目的是增大玻璃表面的粗糙程度，使之易产生漫反射，以便于测量。原理可如下图：由图像可得到：nsinc=n空气sin90。Sinc=1/nc=arcsin1/n D=4dtanc=4d/根号下n*2-1可得到暗纹半径与玻璃折射率之间的关系式：n=三实验主要步骤或操作要点1.将纸巾铺在玻璃片上，用水浸湿，驱赶气泡使表面平整。2.用激光笔照射到玻璃片表面，发现出现暗环。3.测量暗环直径以及玻璃片厚度（重复五次）。4.计算玻璃的折射率以及A类不确定度。5.选取不同厚度玻璃重复上述操作，测量产生圆环的特征差异。四实验数据用小功率激光笔照射如下图所示：表1为测量同一厚度玻璃的不同位置的暗纹直径大小D与玻璃厚度d实验表格：项目 次数实验次数1试验次数2试验次数3试验次数4试验次数5实验玻璃激光笔暗纹直径D（mm）8.128.188.238.168.26实验玻璃的厚度d（mm）2.252.272.242.222.28表1选取另一较厚玻璃，重复上述实验得到下表2：项目 次数实验次数1实验次数2实验次数3实验次数4实验次数5实验激光笔暗纹直径D（mm）4.504.364.454.244.34实验玻璃的厚度d（mm）9.129.169.209.049.11 表2注：表二玻璃为我家茶几玻璃，可能测量不准确及暗纹不明显导致测量有误，故不采用。五数据处理1.通过对表1的数据处理得出下图表3：项目数据实验激光笔平均暗纹直径D（mm）8.19实验玻璃的平均厚度d（mm）2.252折射率1.1872.通过对表1的数据分析，得到其A类不确定度为：项目数据玻璃厚度d的A类不确定度Ud0.00172暗纹直径D的A类不确定度UD0.01456注： n=5，则t=2.78六实验结论及现象分析1.通过数据拟合及结果分析可得到玻璃厚度、玻璃折射率、暗纹直径之间满足如下关系：n=2.暗纹直径跟玻璃厚度呈正相关的关系。3.表一的A类不确定度Ud=0.00172，UD=0.01456，玻璃折射率n=1.187七讨论问题1.玻璃厚度的不同除了导致产生的圆环的直径不同以外还导致了哪些光环特征的差异？答：玻璃材质不同会导致折射率不同，进而导致暗环直径改变；浸湿纸巾的粗糙程度。2.多个光环产生的原理是什么？答：在玻璃底面发生反射的光与入射光相位恒定，频率一定，会发生相干现象，在特定区域会发生相干相消现象，进而产生其他暗环。3.激光垂直玻璃入射和45度角入射两种情况下测量得到的圆环直径是否会有很大差异？原因是什么？答：差距不大。因为光束找到浸湿的纸面上发生漫反射，可以把入射点看成一点光源，向四面八方散射。4.实验中纸巾为何需要蘸水才能观察到光环？答：增加纸巾透明度，使纸巾上面的光可以透过纸巾照射到玻璃上。5.玻璃不贴纸巾的另一侧浸入水中后光环现象为何消失？答：玻璃底部与水接触后会导致底面介质发生改变，由光疏介质变成光密介质，导致光在以前的临界点发生折射而不是反射。哈尔滨工业大学 物理实验中心实验现象观察与原始数据记录学生姓 名学 号日期教师姓 名签字杨沥11905010082020年5月3日签字7