透明介質(zhì)布儒斯特角的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)題目 透明介質(zhì)布儒斯特角的測(cè)定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、掌握布儒斯特角測(cè)量原理及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路.2、利用PASCO數(shù)字實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)測(cè)量布儒斯特角.3、了解布儒斯特角在測(cè)量介質(zhì)折射率中的應(yīng)用.【實(shí)驗(yàn)儀器】1、PASCO500儀器系統(tǒng).2、He-Ne激光器1架.3、D形棱鏡1個(gè).4、圓形可調(diào)偏振片2片.5、方形偏振片1個(gè).6、可調(diào)狹縫1個(gè).7、計(jì)算機(jī).【實(shí)驗(yàn)原理】1、布儒斯特角 當(dāng)非偏振光在非傳導(dǎo)介質(zhì)表面反射和折射時(shí),使反射光和透射光都會(huì)發(fā)生偏振,它們的偏振狀態(tài)取決于光的入射角以及反射物質(zhì)的性質(zhì).一般情況下,光線斜入射非傳導(dǎo)介質(zhì)表面時(shí),反射光和透射光都是部分偏振光,且反射光垂直于入射面的電矢量分量比較強(qiáng),

2、透射光平行于入射面的電矢量分量比較強(qiáng).但是,當(dāng)入射角為一特殊值時(shí),反射光會(huì)完全偏振,即反射光為平面偏振光,且其電矢量的振動(dòng)方向垂直于入射面,該特殊角即稱為布儒斯特角. 根據(jù)菲涅耳反射折射公式以及振幅反射率、透射率的定義式,可得 為了得到一個(gè)較為清晰的印象,如下,給出了光從光密射向光疏以及光從光疏射向光密時(shí),不同入射角的強(qiáng)度反射率圖線. 由右圖可以看出,存在那么一個(gè)角度,當(dāng)入射角于此時(shí), 分量的反射率減小為零,此時(shí),代入折射定律,可得,布儒斯特角于是, ,此關(guān)系式稱為布儒斯特定律.由此還可知,若已知介質(zhì)1的折射率,只需找到對(duì)應(yīng)于介質(zhì)2的布儒斯特角,便可求出介質(zhì)2的折射率. 又由(為折射角)可知,

3、 ,即此時(shí),反射光與折射光相互垂直.2、布儒斯特角的測(cè)量 光以布儒斯特角入射兩個(gè)介質(zhì)表面時(shí),反射光為電矢量的振動(dòng)方向垂直于入射面的平面偏振光.因此,讓反射光經(jīng)過一個(gè)偏振器,檢偏器的偏振方向垂直于入射光的偏振方向,當(dāng)透射光的強(qiáng)度為零時(shí),則對(duì)應(yīng)的入射角為布儒斯特角. 但實(shí)驗(yàn)時(shí),由于偏振片無法完全消光、外界光照的影響等因素,透射光強(qiáng)度并不能減小到零.實(shí)驗(yàn)時(shí),使用經(jīng)過偏振片后的光強(qiáng)與無偏振片使得總光強(qiáng)的比值作為判定依據(jù),當(dāng)最小時(shí),即可認(rèn)為所對(duì)應(yīng)的入射角為測(cè)量介質(zhì)的布儒斯特角.【實(shí)驗(yàn)步驟】1、儀器擺放于調(diào)節(jié) 光具座的兩端分別放置傳感器與激光器.轉(zhuǎn)動(dòng)分光角盤,使轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器與光具座平行,此時(shí),分光光度計(jì)盤應(yīng)

4、指在180°的位置. 打開激光器,調(diào)節(jié)激光器后方的調(diào)節(jié)螺絲,使激光正好打在光傳感器的狹縫中心.將偏振片轉(zhuǎn)到 (保證相同的與分量),并置于傳感器與激光器之間.將偏振片放置于偏振片與激光器之間,實(shí)驗(yàn)時(shí)可利用偏振片調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)光強(qiáng)打開計(jì)算機(jī)與型平臺(tái),將光電傳感器的增益開關(guān)打到檔.打開桌面上已經(jīng)編輯好的” ”文檔,點(diǎn)擊”啟動(dòng)”按鈕,查看此時(shí)光傳感器所接收到的光強(qiáng)大小.將準(zhǔn)直狹縫調(diào)節(jié)到”4號(hào)”,并放置在光具座的中間位置(偏振片之前).細(xì)調(diào)準(zhǔn)直狹縫,觀察屏幕上的示值,使光電傳感器接收到的光強(qiáng)基本達(dá)到最大處. 將型棱鏡放置在布儒斯特角盤的階梯上,調(diào)節(jié)布儒斯特角盤,使得激光與棱鏡直線邊平行(即屏幕上光傳

5、感器的示值與沒有放上棱鏡是基本相同). 至此,儀器調(diào)節(jié)完畢.再光具座上,儀器的擺放位置應(yīng)為:激光器-個(gè)偏振片-準(zhǔn)直狹縫-分光帶盤(帶有支臂來固定光電傳感器)- 型棱鏡-轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器-光電傳感器.2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集 重新點(diǎn)擊中的”啟動(dòng)”按鈕,此時(shí)默認(rèn)初始位置為.調(diào)節(jié)偏振片使剛剛開始時(shí)的光強(qiáng)示值大于,本次實(shí)驗(yàn)選取值大于. 轉(zhuǎn)動(dòng)光傳感器使中的角度示數(shù)為,轉(zhuǎn)動(dòng)布儒斯特角盤,使得激光束正好被型棱鏡反射到光電傳感器的狹縫中心.在軟件中,點(diǎn)擊”保留”以記錄此時(shí)反射光的總光強(qiáng). 將事先準(zhǔn)備好的方形偏振片放置在光電傳感器前方, 點(diǎn)擊”保留”記錄下此時(shí)反射光經(jīng)過偏振片后的光照強(qiáng)度.回車后,查看此時(shí)的光照強(qiáng)度比值. 繼

6、續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)光傳感器,并重復(fù)步驟、.傳感器在到的范圍內(nèi),每次轉(zhuǎn)動(dòng)以為單位,在到的范圍內(nèi),每次轉(zhuǎn)動(dòng)以為單位,小于后再以為單位轉(zhuǎn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)時(shí)若光強(qiáng)示數(shù)小于,則調(diào)節(jié)光電傳感器上的增益按鈕使光強(qiáng)盡量大于,但實(shí)驗(yàn)過程中光強(qiáng)不可大于. 數(shù)據(jù)采集結(jié)束后,查看各個(gè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)光照強(qiáng)度比值,最小處所對(duì)應(yīng)的角度,即為本次實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的棱鏡布儒斯特角.3、實(shí)驗(yàn)結(jié)束,收拾整理儀器.【數(shù)據(jù)處理】本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如下布儒斯特角實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格80.03382.2016.10019.58675.06752.508.11012.97670.03342.203.7508.88665.10030.701.2103.94160.03321.

7、900.3641.66258.03320.400.1820.89256.03316.300.1300.79854.03312.200.3142.57452.00012.800.5073.96150.00011.700.7546.44445.06710.000.9009.00040.0008.201.34016.34135.0337.951.58019.87430.2337.852.17027.643 Ratio-Angle實(shí)驗(yàn)散點(diǎn)圖依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在取值最小處,激光的入射角度為,即本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得待測(cè)型棱鏡的布儒斯特角依據(jù)布儒斯特定律,得到型棱鏡的折射率【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】1、本次實(shí)驗(yàn),利用平臺(tái)與數(shù)據(jù)處理軟

8、件,測(cè)得待測(cè)型棱鏡的布儒斯特角約為.2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,利用布儒斯特定律,測(cè)得待測(cè)型棱鏡的折射率.3、玻璃的絕對(duì)折射率因玻璃材料配比不同應(yīng)介于的范圍內(nèi),但實(shí)驗(yàn)卻測(cè)得.由可知,實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的型棱鏡布儒斯特角偏小了.誤差分析1、本次實(shí)驗(yàn)在布儒斯特角存在的范圍附近是以為一個(gè)單位進(jìn)行調(diào)節(jié)測(cè)量的,由此布儒斯特角測(cè)量的最小分度偏大,導(dǎo)致無法得到精細(xì)的布儒斯特角范圍. 2、本次實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器存在某些角度測(cè)量時(shí)存在可以被感受到的空程差,即雖然在轉(zhuǎn)動(dòng)光電傳感器,但中的角度并無變化.3、本次實(shí)驗(yàn)時(shí),并沒有很好地保證外界環(huán)境光強(qiáng)不變,同學(xué)們經(jīng)常性的開關(guān)門以及用臺(tái)燈照明燈等都微小地改變了傳感器上的光強(qiáng).【思考練習(xí)】1、利用布儒斯特角來確定丙烯酸材料的折射率,此時(shí)應(yīng)該是多少?答: 丙烯酸材料由于無色無味且有毒，所以一