曹国飞 - -山东省第三届大学生物理创新大赛申报书及研究报告

编码：

山东省第三届大学生物理科技创新大赛

作品申报书

作品名称：双圆轨道测固体折射率的研发

学校全称： 鲁东大学

申报者姓名： 曹国飞 姜梦琪 李正恒

指导教师： 王德法 张志峰 类别：

□实验方法研究（A类）

□自制实验教学仪器（B类）

?物理量智能化测量（C类）

□实验模拟与仿真（D类） □实用创新（E类）

山东省第三届大学生物理科技创新大赛组委会制

2011年4月

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说 明

1．申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求如实填写。 2．编码由大赛组委会统一填写。

3．作品的研究报告必须用中文撰写，并附于申报书后，一般不应

少于2000字。

4．作品申报书必须按规定时间由各校统一将电子稿件发到大赛组委会E-MAIL邮箱，或者直接送到大赛组委会。 5．竞赛组委会地址：山东省威海市文化西路180号

山东大学威海分校 空间科学与物理学院

邮 编：264209

E-MAIL:liufen210@sdu.edu.cn；或者：runer210@qq.com

联 系 人：王爱芳 孙大鹏 刘芬 联系电话：（0631）5688821

手机：王爱芳13156080562，吕英波13863160610

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申 报 者 情 况 申报者情况 合作者情况 姓名 王德法 指导教师对作品情的真实况性以及和作品的意意义、见 水平等评价 申报者所在学院审核意见 同意申报 2011年06 月 20 日 利用此仪器可达到对固体折射率精确测量的目的，特别是双圆轨道的设置，达到创新思维的目的。另外，制作的同步移动装置达到了双圆轨道同步移动的目的。本作品思路清晰，方法新颖，适用范围广，具有较高的应用价值和较强的推广意义。本作品申报情况真实，可信。 性别 男 年龄 49 职 称 副教授 联系电话 13220936310 职称 副教授 李正恒 男 20 本科 鲁东大学 通讯地址 鲁东大学物理学院 姓 名 姜梦琪 性别 女 年龄 22 学历 本科 联系电话 15275528524 所在单位 鲁东大学 现学历 本科 年级 2009 学制 四年制 姓 名 学校全称 曹国飞 性别 男 年月 鲁东大学物理学院 专业 出生 1988年7月 物理学 指导教 单位 鲁东大学物理学院 师情况 姓名 张志峰 性别 男 年龄 40 单位 鲁东大学物理学院 联系电话 13853513709 3

申报作品情况（由申报者本人填写） 作品全称 双圆轨道测固体折射率的研发 展示形式及□软件 ；? 实物及 实物尺寸 尺寸： 作品设计的目的和基本思路（相关资料作为附件，例如研究报告、实验数据、外观图、鉴定证书和应用证书等） 作品的创新点、技术难点和实际应用情况 其他说明 4

评审委员会意见

组委 会秘 书处 资格 审查 □通过审查 □未通过审查 审查人（签名） 年 月 日 小组内排名： 评审 小组 得 分： 成绩 组长（签名） 年 月 日 评审 会终 审建 议 □特等奖 □一等奖 □二等奖 □三等奖 □未获奖 主任（签名） 年 月 日

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编码：

山东省第三届大学生物理科技创新大赛

研究报告

作品名称：_双圆轨道测固体折射率的研发 ______

学校全称： 鲁东大学

申报者姓名：曹国飞 姜梦琪 李正恒

指导教师： 王德法 张志峰 类别：

□实验方法研究（A类）

□自制实验教学仪器（B类）

?物理量智能化测量（C类）

□实验模拟与仿真（D类） □实用创新（E类）

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双圆轨道测固体折射率的研发

鲁东大学物理学院 指导教师：王德法，张志峰

参赛学生：曹国飞，姜梦琪，李正恒

摘要：本仪器利用布儒斯特定律[1]，通过设置双圆轨道，达到了准确测量固体折射率的目的。仪器设备置有两个圆形轨道，为了使两轨道上的仪器能同步移动相同的角度，本实验研究出了适合双圆轨道连续移动相同角度的同步移动装置。双圆轨道上标有刻度，此外，外轨道上面放有激光器，内轨道上面放有偏振片及硅光传感器。同时该仪器可实现微型、自动化的设置，从而能使该仪器被广泛使用。

关键词：固体折射率；布儒斯特法；同步移动；双圆轨道。

1 引 言

透明固体介质如玻璃，在日常生活与生产实践中有着广泛的应用。故快速、准确的测量透明介质的折射率有助于有效地发挥介质的作用。测定固体折射率常采用几何法、最小偏向角法、V型棱镜法等。以上方法均需要将光透过物体进行测量且对测量物体加工要求精度高。本文仪器根据布儒斯特法，利用我们自行研发的双圆轨道装置实施了对固体折射率的测量。该仪器的测量方法简单、样品加工精度要求低,只需要观察反射光的强度变化,就可达到对固体折射率测量的目的。 2 实验原理

当一束自然光在两种介质界面上反射和折射时，反射光和折射光的传播方向由反射定律和折射定律来确定，而这两束光的偏振态可由菲涅尔公式确定，除入射角为0°和90°两种情况以外，一般反射光和折射光都为部分偏振光；特殊情况下，当入射角和折射角之和等于?2时，反射光是平面偏振光，且振动矢量垂直于入射面。入射光中平行于入射面的分量没有被反射，这时入射角称布儒斯特角?，布儒斯特定律确定了布儒斯特角与两种介质折射率的关系为：

tan??n2其中n1、n2分别为入射光和折射光所在空间介质的折射率.如果让振动方向平行于n1入射面的偏振光入射到两种介质分解面上，当入射角为时，反射光强为零;如入射空间介质为空气,布儒斯特定律简化为：tan??n2在反射光处放一个透振方向为平行于入射面的偏振片，从偏振片出来的光强随着入射角的变化而变化。当入射角为布儒斯特角时，光强为零。因此只要测得光强为零时的?，即可计算该介质的折射率。 3仪器原理

本仪器利用了布儒斯特定律，通过激光、偏振片、硅光传感器在双圆轨道上同步移动，达到寻找布儒斯特角，进而实现测量固体的折射率。问题的关键在于怎样实现激光与偏振片、硅光传感器同步移动（即入射角与反射角在移动的时候始终保持相等），为此，我们利用了同步移动装置。 （1）双圆轨道

两个双园轨道的半径一大一小，也不再同一水平面内，外轨道高于内轨道，但其俯视图为一同心圆环。内外轨道均标有刻度，外轨道上装有激光器，内轨道上装有偏振片、硅光传感器。同步移动装置装于内圆轨道之间，外轨道与同步移动装置中上面的与圆柱体相接触，内轨道则

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与其下面的圆柱体相接触。如图所示：

偏振片2、激光传感器3 激光1 被测量的物体 外轨道 内轨道 图1双圆轨道

图示说明：偏振片的投振方向事先已调节好，其投振方向与双圆轨道平面垂直；轨道标有刻度；硅光传感器与偏振片相连且在通过圆心的一条直线上。 （2）同步移动装置 如图所示：

同步移动装置有大小两个共轴的圆柱体组成，上面的圆柱体大于下面的圆柱体。

上圆柱 外轨道 内轨道 下圆柱

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图2同步移动装置

（3）移动原理

假设内外轨道的外侧均为橡胶材料的物质做成，同步移动装置上的两个小圆柱体也为橡胶材料做成。当转动同步移动装置时，由于它们之间的接触，则可有它们之间的静摩檫来带动内外轨道转动（接触上无滑动）。 （4）同步移动装置实现原理

假设同步移动装置转过角度为?；偏振片、硅光传感器在内轨道移动角度为?1，转过弧长为L1；激光在外轨道移动的角度为?2，转过弧长为L2；内外轨道半径分别为R1、R2；大小圆柱体的底面半径分别为r2、r1；大小圆柱体转过弧长分别为l1、l2。为使其满足同步移动，则有下列式子成立：

l1?r1?；l2?r2?；L1?R1?1;L2?R2?2

下面求出证出当轨道与同步移动装置满足什么条件时有?1??2成立 解：

因为内外轨道移动装置之间接触靠静摩檫，所以接触点的线速度保持一致。 所以有 l1?L1；l2?L2

所以 R1?1?r1?； ① R2?2?r2? ② 当

R1r1? 有 R2r2?1??2成立

所以?1??2成立的条件是故?1??2可以成立。

4 测量原理

轨道上标有刻度，有上述移动原理可知，当转动同步移动装置时，内外轨道能实现同步移动。当将物体放于测量位置时，激光发出的光照射到物体上，经物体反射被硅光传感器接收。当双圆轨道移动的时候，硅光传感器接收到的光强不断变化，当入射角达到布儒斯特角时，硅光传感器接收到的光强变为零，记下此时的读数?，有tan??n，便可求出固体的折射率。 5 结论 （1） 此仪器采用了双圆轨道，简化了试验装置。 （2） 此仪器运研发了适合双圆轨道同步移动的同步移动装置，保证了移动时的同步进行。

R1r1? ，而这个条件显然可以满足的。 R2r2 9

（3） 此仪器的数据处理尤为简单，且能较准确测出固体的折射率。 （4） 此仪器可设计小型化，自动化，达到携带方便而又实际使用的目的。

参考文献

【1】 姚启钧.光学教程（第4版）[M].高等教育出版社.

【2】 杨述武.普通物理实验(第三版)(三、光学部分)[M].北京:高等教育出版社,2002.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/397p.html