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选26 利用布儒斯特定律测量玻璃折射率 3－ PAGE 4 PAGE PAGE 4 选择性实验：二十六 利用布儒斯特定律 测量玻璃折射率 目的要求 利用光反射后的起偏振作用，应用布儒斯特定律测量平面玻璃对钠光的折射率。 实验要求达到： 认识光的偏振特性。 学会分光仪的调节方法。 理解和正确判断布儒斯特角的反射位置。 仪器设备 分光仪、平面反射镜（或棱镜）、检偏器、钠光灯。 参考书目 程守洙、江之永：《普通物理学》第三册（第三版），p.214－218。 杨之昌、王潜智、邱榴贞：《物理光学实验》上册，p.198－205。 R·M·惠特利、J·亚伍德：《伦敦工学院200个物理实验》，p.166－168。 李允中、潘维济：《基础光学实验》，p.107－114。 A·M·波蒂斯、H·D·杨：《大学物理实验》，p.219－224。 D·哈里德、R·瑞斯尼克：《物理学》第二卷第二册，p.577－579。 实验原理 光是电磁波，是横波。凡振动仅限于光传播方向平面内的一个固定方向，这种光称为偏振光。一个原子或分子在某一瞬间所发出的光（亦称波列）是偏振光。然而各原子或分子各自发出的光其振动方向各不相同，因而它们的组合——自然光是非偏振的，且没有一个振动方向占有优势。 实验证明，自然光在两种媒质的界面上反射或折射时，发射光或折射光都将成为部分偏振光（即某一振动方向上占优势）。图1就是在空气与玻璃界面上（MM’）自然光经反射和折射后光振动的变化情况。图中黑点表示垂直纸面的振动方向，短线表示平行于入射面的振动方向，它们的多寡反映了两个方向的强弱。从图中可以看到，自然光从空气入射到玻璃后，反射光R中垂直纸面的振动占优势，而折射光R’中平行入射面的振动占优势，它们都变成了部分偏振光。这一实验事实可用菲涅耳公式加以证知。 实验还发现，反射光和折射光的偏振化程度还与入射角i密切相关。布儒斯特（Brewster）从实验中确定，当入射角达到一个特定值时，反射光R将是完全偏振光（一切光振动方向均垂直于纸面）。这个特定值就是布儒斯特定律： 式中n1是媒质1的相对折射率；n2是媒质2的相对折射率；为了纪念这位科学家的功绩，将称为布儒斯特角（图2）。 本实验是在分光仪上进行测量，当分光仪的望远镜上套上一个可以旋转的检偏器时，即可对反射光R进行偏振度的判别；当R是部分偏振光时，旋转检偏器可观察到部分消光现象；当入射角时，旋转检偏器至某一位置将出现全消光现象。依据这一实验现象，可以确定布儒斯特角位置，它与入射光位置间构成角，由图3可知： 仪器的调整 由于布儒斯特角是在分光仪上测量的（实际上实验的直测量是角），因此为保证测量的准确，必须要调整到使（也是）所在的平面与分光仪的刻度盘平行。为此，分光仪必须具备下列条件： 要有一束平行光入射到平面镜上。 平面镜应与分光仪转轴平行。 确保望远镜能接收从平面镜上反射回来的平行光。 至于具体的调整原理、方法、步骤及判据，请实验者参阅《大学物理实验基础教程》附录六中的“十三、望远镜、测量显微镜的结构和调整”和“十四、分光仪”。 观察与思考 1. 从理论分析可知，当入射角为时，反射光R为完全偏振光，实验应有全消光现象，但实际情况是消光不完全，为什么？ 2. 该实验对于布儒斯特角的判断不太准确，因为没有一个突变现象；有否措施使得测量尽量准确些？ 试在平行光管的出射口套上一个检偏器，然后进行一系列的观察，可观察到一些什么现象？ 测量提示 因本实验对布儒斯特角位置的判断不会太准确，所以测量数据可能比较分散，因此需要进行多次测量（至少6次以上），每次测量时应重新判断消光位置。