大物实验报告--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33006学号1190501917姓名刘福田教师签字实验日期2020.5.6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)漫反射法测量玻璃折射率一．实验目的1.探究玻璃折射率与暗环直径间的关系式。2.计算玻璃的折射率及其A类不确定度二．实验原理本实验主要采用漫反射和全反射原理，其中：漫反射：将浸湿后的纸铺在玻璃表面会使玻璃表面变得粗糙，从而光线照射在上面发生漫反射。全反射：与法线的角度越大，光线折射的部分则越少，直至当大于临界角时，全反射便会发生，此时对应的临界角即为全返射角。如图所示暗环直径为D，玻璃厚度为d，θc为临界角。nsinθc=n空气*sin90°Sinθc=1/nθc=arcsin1/nD=4dtanθc=4d/√（n²-1）所以n=√(4d/D)²-1三．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1.用激光笔照射到玻璃片表面，发现出现暗环记录如图4-1图4-12.测得暗环直径以及玻璃片厚度关系如表4-2选取不同厚度玻璃重复上述操作，测量并产生圆环的特征差异。表4-2实验1实验2实验3实验4实验5暗环直径D/mm8.658.628.758.838.75玻璃厚度d/mm2.582.572.612.632.613.选取不同厚度玻璃重复上述操作，测得产生圆环的直径和玻璃厚度如表4-3。表4-3实验1实验2实验3实验4暗环直径D/mm8.7210.9312.3814.69玻璃厚度d/mm2.613.263.694.38五．数据处理1.根据表4-2，计算玻璃的暗环直径平均值，玻璃厚度平均值以及折射率如表5-1；表5-1暗环平均直径D/mm8.73玻璃平均厚度d/mm2.60折射率1.513.根据表4-2，计算得A类不确定度为Ud=0.0304，UD=0.11674.根据表4-3，做出产生圆环的直径和玻璃厚度关系图如图5-2图5-2五．实验结论及现象分析1.经探究，玻璃折射率与暗环直径间的关系式满足D=4dtanθc=4d/√（n²-1）即n=√(4d/D)²-12.计算得玻璃的折射率为n=1.51及其A类不确定度为Ud=0.0304，UD=0.11673.圆环的直径和玻璃厚度成正比关系七．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暗环直径D/mm实验1实验2实验3实验4实验5暗环直径D/mm8.658.628.758.838.75玻璃厚度d/mm2.582.572.612.632.61实验1实验2实验3实验4暗环直径D/mm8.7210.9312.3814.69玻璃厚度d/mm2.613.263.694.38暗环平均直径D/mm8.73玻璃平均厚度d/mm2.60折射率1.51学生姓名学号日期教师姓名签字签字·7·