普通物理实验 4 · 项目首页 · 使用指南

在线虚拟实验 · 模型依据与参数来源

用掠射法测定透明介质的折射率

用掠入射的明暗分界线，测量透明液体的折射率。

液体与直角棱镜接触形成测量界面，掠入射光在出射侧形成可瞄准的明暗边界。记录边界方向与参考方向，用已知棱镜折射率求出液体折射率。

读实验报告 · HTML 阅读版 · Python 笔记本 · Wolfram 笔记本

图 1　直角棱镜掠射法：从边界出射角反演透明液体折射率

选择你的入口

从读数到物理量

记录包含 5 组出射角测量。采用直角棱镜参数 $n_1=1.5425$、标准分量 $u(n_1)=0.0006$；每组从四个游标方向读数计算出射角。

核心计算关系为

$$ n=\sqrt{n_1^2-\sin^2\bar\varphi},\qquad \frac{\partial n}{\partial\varphi}=-\frac{\sin\varphi\cos\varphi}{n}. $$

模型对应空气、直角棱镜与透明液体界面，满足 $n<n_1$。角度传播按弧度求导，圆周最短差处理游标跨零。

表 1　掠射法出射角与透明液体折射率

标准分量由指定棱镜参数与角度分量独立传播。结果对应所用棱镜输入和记录条件；液体名称及温度另需由样品记录确定。

明暗边界的判断如何进入结果

图 2　五次明暗分界线出射角；第 1 组与其余记录的差异进入重复性统计

五组角度分布约在 $38.73^\circ$ 至 $40.43^\circ$ 之间，其离散大于角分量级的读数误差限。边界锐度、界面气泡与掠入射方向是解释这些差异的主要操作线索。

复算角差与折射率分量

Notebook 提供静态计算表、参数代入与误差传播。修改实验参数后顺序运行，可比较折射率对棱镜输入和边界角的响应。

在 Jupyter 或 Wolfram 中从头运行，可沿报告章节查看数据读取、公式代入、计算输出与结果讨论。

在本机打开

环境安装见使用指南。在仓库根目录启动本实验的 Jupyter Notebook：

.\.venv\Scripts\python.exe -m jupyterlab experiments/course-04/grazing-refraction/notebooks/analysis.ipynb

Wolfram 安装包包含数据与 Notebook。将仓库路径改为本机路径后运行：

PacletInstall["D:/general-physics-lab/notebook/paclets/GrazingRefractionLab/dist/GrazingRefractionLab-0.1.0.paclet"];
Needs["GrazingRefractionLab`"];
GrazingRefractionLab`OpenNotebook[]

数据与计算实现

数据来源 · 返回课程目录