6/6固體折射率的測定實驗報告.doc第一篇:《透明薄片折射率測定實驗報告》

透明薄片折射率的測定

邁克爾遜干涉儀是用分振幅的方法實現(xiàn)干涉的光學(xué)儀器，設(shè)計十分巧妙。邁克爾遜發(fā)明它后，最初用于著名的以太漂移實驗。后來，他又首次用之于系統(tǒng)研究光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及將鎘(Cd)的譜線的波長與國際米原器進(jìn)行比較。邁克爾遜干涉儀在基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計思想上給科學(xué)工作以重要啟迪，為后人研制各種干涉儀打下了基礎(chǔ)。邁克爾遜干涉儀在物理學(xué)中有十分廣泛的應(yīng)用，如用于研究光源的時間相干性，測量氣體、固體的折射率和進(jìn)行微小長度測量等。【實驗?zāi)康摹?/p>

掌握邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)、原理和調(diào)節(jié)方法；熟悉白光的干涉現(xiàn)象

學(xué)習(xí)一種測量透明薄片折射率的方法?！緦嶒瀮x器】

邁克爾遜干涉儀，He-Ne激光器，擴(kuò)束鏡，小孔光闌，透明薄片，白光光源【實驗原理】

一、透明薄片折射率的測量原理

干涉條紋的明暗決定于光程差與波長的關(guān)系，用白光光源只有在d=0的附近才能在M1和M2′交線處看到干涉條紋，這時對各種光的波長來說，其光程差均為?/2（反射時附加?/2），故產(chǎn)生直線黑紋，即所謂中央黑紋，兩旁有對稱分布的彩色條紋。d稍大時，因?qū)Ω鞣N不同波長的光滿足明暗條紋的條件不同，所產(chǎn)生的干涉條紋明暗互相重疊，結(jié)果就顯不出條紋來。因而白光光源的彩色干涉條紋只發(fā)生在零光程差附近一個極小的范圍內(nèi)，利用這一點可以定出d=0的位置。利用白光的彩色干涉條紋可以測量透明薄片的

M2

用眼睛觀察

圖1透明薄片折射率測定

二、點光源干涉條紋的特點

不論平面鏡M1往哪個方向移動，只要是使距離d增加，圓條紋都會不斷從中心冒出來并擴(kuò)大，同時條紋會變密變細(xì)。反之，如果使距離d減小，條紋都會縮小并消失在中心處，同時條紋會變疏變粗。這表明d?0（即兩臂等長）是一個臨界點。當(dāng)往同一個方向不斷地移動M1時，只要經(jīng)過這個臨界點，看到的現(xiàn)象就會反過來（見圖2）。因此，實現(xiàn)點光源的非定域干涉后，最好先把兩臂的長度調(diào)成有明顯差別（d0），避免在移動M1時不小心通過了臨界點，造成不必要的

麻煩。

M1M2′

M1M2′

二者重合

M2′M1

M2′M1

圖2干涉條紋隨光程差的變化

三、等厚干涉與透明玻璃板厚度的測量

如圖3，如果M1和M?則M1和M?這時將產(chǎn)生等厚干2間形成一很小的角度，2之間有一楔形空氣薄層，涉條紋。當(dāng)光束入射角?足夠小時，可求兩相干光束的光程差，即

21

2dcos2d(12)=2d?d?（1）

2

在M1、M?2的交線上，d?0，即0，因此在交線處產(chǎn)生一直線條紋，稱為中央明紋。在左右兩旁靠近交線處，由于?和d都很小，這時式（1）中的d?項與2d相比可忽略，因而由

2d（2）所以產(chǎn)生的條紋近似為直線條紋，且與中央條紋平行。離中央條紋較遠(yuǎn)處，因

d?項的影響增大，條紋發(fā)生顯著的彎曲，彎曲方向突向中央明紋。離交線越遠(yuǎn)，d越大，條紋彎曲地越明顯。

2

2

白光光源

M2

用眼睛觀察

圖3等厚干涉原理圖

由于干涉條紋的明暗和間距決定與光程差?與波長的關(guān)系，若用白光作光源，則每種不同波長的光所產(chǎn)生的干涉條紋明暗會相互交錯重疊，結(jié)果就看不到明暗相間的條紋了。換句話說，如果換用白光作光源，在一般情況下，不出現(xiàn)干涉條紋。因此，用白光作光源時，在M1、M?2兩面的交線附近的中央條紋可能看到白色條紋，也可能是暗條紋。在它的兩旁還大致對稱的有幾條彩色的直線條紋，稍遠(yuǎn)就看不到條紋了。光通過折射率n為厚度為D的均勻透明介質(zhì)時，其光程比通過同厚度的空氣要大D(n?1)。在邁克爾遜干涉儀中，但白光的中央條紋出現(xiàn)在視場的中央后，如果光路1中加入一塊折射率為n為厚度為D的均

勻薄玻璃片，由于光束1的往返，光束1和光束2在相遇時所獲得的附加光程差?'為

?'=2D(n?1)（3）

此時，若將M1向G1方向移動距離l，則光束1、2在相遇時的光程差又恢復(fù)至原樣這樣，白光干涉的中央條紋將重新出現(xiàn)在視場中央。這時

'

l?

?'

2

?D(n?1)（4）

根據(jù)式（4），測出M1前移的距離l，若已知薄玻璃片的折射率n，則可求出其厚度D；反之，若已知玻璃片的厚度D，則可求出其折射率n。

【實驗內(nèi)容及步驟】

一、邁克爾遜干涉儀的基本調(diào)節(jié)

點燃氦氖激光器，調(diào)節(jié)其高度和方向，使激光束大致照到兩平面鏡M1、M?2及屏的中部，并使從兩平

面鏡反射來的兩束光能盡量原路返回，即盡可能回到激光器的出光口。

屏上可以看到兩排光點，都以最亮者居中。調(diào)節(jié)M1和M?2后面的三個螺

絲，使兩個最亮點重合（此時

。此時要檢查回到激光器的兩束光是否仍照在出光口或附近。M1和M?2相互垂直）二、觀察點光源的非定域干涉

在氦氖激光器前放置一個擴(kuò)束鏡（短焦距凸透鏡），使平行光聚焦為點光源并擴(kuò)散開。此時在屏上可以

看到圓形干涉條紋。然后雙向轉(zhuǎn)動M1的微調(diào)鼓輪，觀察條紋冒出和縮進(jìn)現(xiàn)象，判定M1和M?2之間的距離d是增大還是減?。挥^察條紋粗細(xì)、疏密情況，判斷d是較大還是較小。如果干涉條紋很細(xì)，不利于隨后的測量，可旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪使d大幅度減小，從而使條紋變疏變粗。

注意由于儀器存在空程誤差，一定要條紋的變化穩(wěn)定后才能開始測量。而且，測量一旦開始，微調(diào)鼓輪的轉(zhuǎn)動方向就不能中途改變。

三、觀察等厚干涉條紋，測量透明玻璃板厚度

調(diào)節(jié)白光條紋。先用單色光源調(diào)好等傾圓條紋，使M1與G1的距離稍大與于M2與G1的距離，然后稍

稍旋轉(zhuǎn)M2鏡下的水平拉簧螺絲，使M1、M?此時看見彎曲的條紋。向前移

動M1使2成一很小的夾角，條紋變直，這表明中央條紋在逐漸向視場中央移動。再以白光代替單色光，繼續(xù)按原方向緩慢地轉(zhuǎn)動鼓輪，使M1和M?2繼續(xù)向前移動，直到白光干涉條紋出現(xiàn)。

將中央條紋移至視場中某一位置，記下M1的位置，將待測玻璃片放在M1與G1之間的光路中，使玻

璃片與M1平行。同一方向繼續(xù)移動M1，直至中央條紋重新移至視場中同一位置，再記下M1的位置，

則M1所移動的距離即為式（4）中的l?！緮?shù)據(jù)記錄及處理】

1、測量透明薄片厚

度?

儀?0.006mm

/

2、M1鏡位置記錄

?儀?0.00005mm

①l?(n?1)?D

n?1?l/D?1?0.07402/0.102?726②?D?

sD儀?0.0012?0.0062?0.006mm22

D?(0.102?0.006)mm

③?l?

2(?儀)2?2?0.000052?0.00007mm/

④n?1?l/D?(D?l)/D

lnn?ln(D?l)?lnD

?n?lnn2?lnn2

?()(?D)2?()(?l)2n?D?l?(

l12

)2(?D)2?()(?l)2

(D?l)DD?l

?0.025?n

?n?n726?0.025?0.04

n

⑤nn?73?0.04

【注意事項】

實驗中，請勿正視激光光源，以免損傷眼睛。

儀器上的光學(xué)元件精度極高，不要用手撫摩或讓贓物沾上。一起傳動機(jī)構(gòu)相當(dāng)精密，使用時要輕緩小心。

測量過程中，由于儀器存在空程誤差，一定要條紋的變化穩(wěn)定后才能開始測量。而且,測量一旦開始，微調(diào)鼓輪的轉(zhuǎn)動方向就不能中途改變。

第二篇:《16分光計的調(diào)節(jié)和介質(zhì)折射率的測量實驗報告》

大連理工大學(xué)

大學(xué)物理實驗報告

院（系）材料學(xué)院專業(yè)材料物理班級0705

姓名童凌煒學(xué)號200767025實驗臺號

實驗時間2009年04月27日，第十周，星期一第5-6節(jié)

實驗名稱分光計的調(diào)節(jié)和介質(zhì)折射率的測量教師評語

實驗?zāi)康呐c要求

了解分光計的構(gòu)造與原理，掌握分光計調(diào)節(jié)的思想和調(diào)節(jié)方法。

學(xué)會用最小偏向角法測量棱鏡的折射率。

主要儀器設(shè)備

JJY1’型分光計，平面鏡，鈉光燈，玻璃三棱鏡{固體折射率的測定實驗報告}.

實驗原理和內(nèi)容

分光計的結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)原理

分光計由望遠(yuǎn)鏡，載物臺，平行光管，刻

度盤，底座五部分組成；各部分機(jī)構(gòu)及

原理如下

望遠(yuǎn)鏡

為阿貝自準(zhǔn)式望遠(yuǎn)鏡，通過支臂與轉(zhuǎn)座固

定，并可通過調(diào)節(jié)止動螺絲來控制與轉(zhuǎn)座

共同或相對轉(zhuǎn)動。望遠(yuǎn)鏡光軸的高低位置可以通過不同的螺釘

調(diào)節(jié)，通過手輪可以調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡的焦距。

望遠(yuǎn)鏡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，由目鏡，全反射棱鏡，叉絲分劃板

和物鏡組成，自準(zhǔn)直的原理是當(dāng)位于物鏡焦平面上的透光十字

刻線被下放小燈照亮后，經(jīng)全反射棱鏡和物鏡射出后再被外界

平面鏡反射回進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡而投影到叉絲分劃板上成像，與叉絲本身無像差時，便證明望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)直且適合觀察平行光。并且可以通過兩者調(diào)節(jié)

望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直情況。（如右圖所示）

平行光管

產(chǎn)生平行光束用的裝置，安裝于立柱上，{固體折射率的測定實驗報告}.

可以通過螺釘來微調(diào)其光軸位置。平行

光管的主要部件是會聚透鏡和狹縫。當(dāng)狹縫位于透鏡主焦面上時便可產(chǎn)生平行光。

載物臺

載物臺用于放置待測物件，并可以通過緊固螺釘來調(diào)節(jié)其位置。調(diào)節(jié)到所需的位置后，實驗過程中需要鎖緊所有的緊固螺絲。

刻度盤

由外圈刻度和內(nèi)圈的兩個對稱游標(biāo)組成，外圈刻度為

360°共720格，讀數(shù)方法相同于游標(biāo)卡尺。設(shè)置兩

個對稱游標(biāo)的目的是為了消除刻度盤中心和儀器轉(zhuǎn)軸

中心偏差所帶來的實驗誤差，讀取刻度時，將兩個游標(biāo)的讀書取平均，便是望遠(yuǎn)鏡位置的實際讀數(shù)，即(?12)/2

底座

底座的作用是支撐之上的各個儀器部件，并且在底座上接有外接電源的插座，以給儀器供電。

最小偏向角法測棱鏡折射率的原理

如圖所示，一束光射入棱鏡后發(fā)生兩次折射，入射角為i，

出射角為i’，出入射光線的偏向角為δ，可知有以下關(guān)系

i?i'，α為棱鏡的頂角。且可以證明，當(dāng)i=i’時，

偏向角δ達(dá)到最小值，稱為最小偏向角，結(jié)合相關(guān)幾何關(guān)

系與折射定律，可以得到以下關(guān)系式

sini

sinrsin?

sin?minn

2

可見只要測得棱鏡的頂角α和最小偏向角?min，便可以計算出棱鏡的折射率n。

步驟與操作方法

分光計的調(diào)節(jié)

分光計的調(diào)節(jié)主要目的是使待測角平面與讀數(shù)盤平面相平行以保證測量的準(zhǔn)確，即通過調(diào)整載物臺，望遠(yuǎn)鏡和平行光管三者的基準(zhǔn)軸均與儀器中心軸線垂直。

具體調(diào)節(jié)要求為

平行光管出射平行光，望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)處，經(jīng)過兩管及待測光學(xué)器件的光路所組成的平面與中心轉(zhuǎn)軸相垂直。

具體調(diào)節(jié)步驟如下

目測粗調(diào)。初步調(diào)節(jié)使望遠(yuǎn)鏡和平行光管的光軸大致與中心轉(zhuǎn)軸垂直，使載物臺大致呈水平狀態(tài)。

用自準(zhǔn)法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)

接上儀器電源，并將一雙面反射平面鏡置于載物臺上，放

置方式如圖所示。之后轉(zhuǎn)動載物臺，同時在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)尋找

綠色十字的光斑。

調(diào)節(jié)目鏡套筒使十字成像清晰后，并檢查是否存在視差，

若沒有，說明望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)聚焦于無窮遠(yuǎn)。

調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)軸垂直于分光計中心轉(zhuǎn)軸

將平面鏡旋轉(zhuǎn)180°，然后通過目測尋找和調(diào)節(jié)螺釘改變望遠(yuǎn)鏡光軸方向的方法，在望遠(yuǎn)鏡中找到平面鏡另一面所反射的綠色十字像，

采用漸近法調(diào)節(jié)使綠色十字像與分劃板上十字叉絲相重合，然后用同樣的方法調(diào)節(jié)另一面反射的綠色十字像，雙方都調(diào)節(jié)完畢后，望遠(yuǎn)鏡的光軸已垂直儀器中心轉(zhuǎn)軸。之后望遠(yuǎn)鏡的高低調(diào)節(jié)螺釘不能再動。

調(diào)節(jié)平行光管使其發(fā)出平行光

移去中央載物臺上的平面鏡，用白紙在平行光管的物鏡端檢查并調(diào)節(jié)光源的位置以確保其發(fā)出的光在物鏡的整個孔徑上照明均勻

將已經(jīng)調(diào)節(jié)完畢的望遠(yuǎn)鏡的內(nèi)部照明光源關(guān)閉，然后對準(zhǔn)平行光管以得到狹縫的像。

前后移動狹縫套筒使望遠(yuǎn)鏡中得到的像清晰并且與分劃板上的十字叉絲無視差后，說明平行光管發(fā)射的已經(jīng)使平行光。最后調(diào)節(jié)狹縫寬度至0.5mm左右。

調(diào)節(jié)平行光管的光軸與儀器中心軸線相垂直

轉(zhuǎn)動狹縫套筒使狹縫的像轉(zhuǎn)至水平位置，通過螺釘調(diào)整平行光管的位置使狹縫的像與分劃板上的十字叉絲水平線相平行，并且像中心對準(zhǔn)于十字叉絲的中心點；然后將狹縫套筒轉(zhuǎn)回到垂直位置，并確認(rèn)像與垂直十字叉絲相重合，此時平行光管光軸調(diào)節(jié)完畢，

將光管和狹縫套筒的相關(guān)緊固螺

釘鎖死。

用最小偏向角法測三棱鏡的折射率

1，調(diào)節(jié)三棱鏡的主截面垂直于儀器轉(zhuǎn)軸

目的