利用牛顿环和分光计原理测折射率

1、 利用牛顿环和分光计原理测液体折射率 项目主持人： 作者单位： 指导教师： XX学院XX年XX月目 录 目 录（2）摘要（3）牛顿环和分光计测折射率实验仪器，目的（3）牛顿环测折射率实验原理（3）分光计测折射率实验原理（4）牛顿环测折射率实验内容（6）分光计测折射率实验内容（7）牛顿环测折射率实验数据（9）分光计测折射率实验数据（10）牛顿环与分光计测折射率实验比较（12）摘 要本文结合牛顿环实验，分光计实验，阐述了测量液体折射率的实验原理，并研究出了具体的测量方法，最后对水的折射率进行了测量，并得出了较为准确的测量结果。关键词:牛顿环、分光计、折射率、等厚干涉、三棱镜、液体、极限角【实验仪器

2、】牛顿环实验：JCD3型读数显微镜，牛顿环，钠光灯，凸透镜(包括三爪式透镜夹和固定滑座)，水。分光计实验： JJY型分光计一台、平面镜、三棱镜两个、钠灯一个、水和酒精。【实验目的】1、 利用牛顿环的干涉原理测量水的折射率。2、 利用分光计的折射原理测量水（酒精）的折射率。【实验原理】牛顿环实验一个曲率半径相当大的平凸透镜与另一平面玻璃,如图1所示装置,在两玻璃面之间,便形成了很薄的类似劈尖的空气层。单色光源发出的光,经过透镜变成一束平行光,再经倾斜45°的半透明平面镜反射后,垂直地照射到平凸透镜的表面上。入射光在空气薄层的上下两表面反射后,其中一部分穿过平面镜M,进入显微镜T。在显微

3、镜中可以观察到以O点为中心的环形干涉条纹,如图2所示,称为牛顿环。 66 2 图1 图2前期我们做了牛顿环实验，可知一些基本原理。由图1可知，光程差&=2e+/2由图可知R2=r2+(R-e）2当e<<R时，划去e2（最小量）得e=r2/2R&=r2/R+/2=(2k+1)* /2(暗条纹）所以rk2=kR(k=0,1,2,3）则有rm2-rn2=(m-n)R*因为圆心不以测定，故去直径替代半径，有Dm=2rm即曲率半径R=（Dm2-Dn2)/4*(m-n)*滴水后有R=N(Dm2-Dn2)/4*(m-n)* （N为水的折射率）所以有R/R=1=*N整理可得N= 分

4、光计实验 光从一种介质进入另一种介质时，其入射角的正弦跟折射角的正弦之比，被定义为光从介质1进入介质2时的相对折射率，即 （1）介质相对于真空的折射率叫做介质的绝对折射率。若以、分别表示介质1和介质2绝对折射率，则介质2相对介质1的折射率 将水至于两个三棱镜之间，靠紧形成薄膜。有空气的折射率 ，液体的折射率 ，三棱镜的折射率 。用钠光入射三棱镜表面，如图1-1，入射角为 ，经过多次折射，存在以下关系： （为已知的三棱镜的顶角）逐渐改变入射角 ，可使AB界面刚好发生全反射，此时观察不到折射光线。联立（1），（2），（3）可得折射率 （4）我们可以通过分光计测得入射角发生全反射时的角度，由（4）计

5、算出水的折射率n. 【实验内容】牛顿环实验1、调整测量装置 按光学实验常用仪器的读数显微镜使用说明进行调整。调整时注意： (1)调节450玻片，使显微镜视场中亮度最大，这时，基本上满足入射光垂直于透镜的要求(下部反光镜不要让反射光到上面去)。 (2)因反射光干涉条纹产生在空气薄膜的上表面，显微镜应对上表面调焦才能找到清晰的干涉图像。 (3)调焦时，显微镜筒应自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹时为止，往下移动显微镜筒时，眼睛一定要离开目镜侧视，防止镜筒压坏牛顿环。(4)牛顿环三个压紧螺丝不能压得很紧，两个表面要用擦镜纸擦拭干净。2、观察牛顿环的干涉图样（1）调整牛顿环仪的三个调节螺丝，在自然

6、光照射下能观察到牛顿环的干涉图样，并将干涉条纹的中心移到牛顿环仪的中心附近。调节螺丝不能太紧，以免中心暗斑太大，甚至损坏牛顿环仪。（2）把牛顿环仪置于显微镜的正下方，使单色光源与读数显微镜上45°角的反射透明玻璃片等高，旋转反射透明玻璃 ，直至从目镜中能看到明亮均匀的光照。（3）调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰；自下而上调节物镜直至观察到清晰的干涉图样。移动牛顿环仪，使中心暗斑（或亮斑）位于视域中心，调节目镜系统，使叉丝横丝与读数显微镜的标尺平行，消除视差。平移读数显微镜，观察待测的各环左右是否都在读数显微镜的读数范围之内。3、测量牛顿环的直径（1）先测出牛顿环空气层形成20组牛

7、顿环的直径。转动鼓轮。先使镜筒向左移动，顺序从第4环数到第23环，再向右转到4环数到第23环，使叉丝尽量对准干涉条纹的中心，每移动一环记录一次读数。注意在一次测量过程中，测微鼓轮应沿一个方向旋转，中途不得反转，以免引起回程差。（2）制作水膜牛顿环装置：打开牛顿环，在平凸透镜中间滴12滴水（保证装置装好后水和凸透镜间无空气间隙），按打开的相反顺序装好牛顿环。（3）重复（1）的过程 4、算出各级牛顿环直径的平方值后，用逐差法处理所得数据，求出空气和水的和直径平方差的平均值，根据N=算出水的折射率。注意：(1)近中心的圆环的宽度变化很大，不易测准，故从K=4左右开始比较好； (2)因为暗纹容易对准，

8、所以对准暗纹较合适。 ， (3)圈纹中心对准叉丝或刻度尺的中心，并且当测距显微镜移动时，叉丝或刻度尺的某根线与圈纹相切(都切圈纹的右边或左边)。分光计实验分光仪的调节1、目测粗调 目测调节望远镜光轴平行光管光轴载物台平面，三者大致垂直于分光中心旋转轴。目测是重要的一部，是进一步细调的基础，可以缩短调整时间。2、用自准法调节望远镜，使之能接受平行光，调节步骤如下：（1）目测调焦 （2）物镜调焦 3、调节望远镜光轴及载物台面垂直于仪器中心转轴。（1）用平面镜，转动载物台，使视野里出现十字反射像。（2）调节载物台下G2或G3两螺钉之一，使此h缩短为h2，在调节望远镜倾度调节螺钉，使十字反射像与十字叉

9、丝重合。（3）旋转载物台，用“各半”调节法使另一反射面的十字反射像与“上十字叉丝”重合，这需要2，3两步反复调整数次，要细心，耐心。（4）将载物台转动90°后放在载物台，调节载物台下螺钉G1，使十字反射像与上十字叉丝重合。4、测量液体折射率 放上液体膜的三棱镜，并点亮钠光灯,旋转载物平台或望远镜,使“+”字像与上叉丝中心重合，将刻度盘固定，记下左右游标读数，再旋转载物平台或望远镜，找到光线消失的临界点，并记下左右游标读数，重复4过程五次。【实验数据及处理】牛顿环实验空气的牛顿环数据：环环数数mn2336.37526.110.2751335.17527.37.87543.5644.19

10、12236.21826.2110.0081235.02527.437.59542.4760392136.15526.3089.8471134.8227.5757.24544.4733842036.0526.4359.6151034.7227.756.9743.8673251935.9426.5189.422934.5627.916.6544.5515841835.8226.6159.205834.3928.096.345.0420251735.6926.778.92734.1928.2055.98543.7461751635.5226.8958.62563428.5155.48544.3054

11、1535.44527.038.415533.7528.7155.03545.4611435.30527.1758.13433.54528.894.65544.427875 水膜的牛顿环数据：环环数数mn2335.55226.9458.6071334.32228.1476.17535.94982434.5372235.36527.0588.3071234.1728.2755.89534.2552242135.30127.1558.1461133.96728.4235.54435.621382035.19527.287.9151033.86528.5955.2734.8743251935.0872

12、7.3637.724933.70628.7554.95135.1477751834.96727.4627.505833.53528.9374.59835.1834211734.83527.6167.219733.33529.0974.23834.1533171634.66527.7416.924633.14729.3623.78533.6155511534.59127.8786.713532.89629.5623.33433.9488131434.45228.0226.43432.6929.7362.95432.618784根据数据，有公式N=可得N=1.28【牛顿环实验误差分析】1、观察牛顿

13、环时将会发现，牛顿环中心不是一点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是透镜和平玻璃板接触时，由于接触压力引起形变，使接触处为一圆面；又镜面上可能有微小灰尘等存在，从而引起附加的程差，这都会给测量带来较大的系统误差。另外要用肉眼去观察暗条纹，误差会较大。 2、平凸透镜的不稳定性也会影响实验结果。 3、仪器不准或精度不够，制作粗糙(干涉环)所造成的系统误差。 4、显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行产生的误差。 5、十字叉线纵轴没有垂直环，测量直径时没有将十字叉线纵轴与环相切。 6、自己数错环的偶然误差，在操作时回转仪器时造成操作错误等。 7、测量时未把牛顿环擦干净。 8、有气泡的影响。分光计实验水的实验数据：测量次数12345法线位置左游标右游标折射光极限位置左游标右游标入射角ai1.28931.28971.28951.29021.28997.3653E-10液体折射率n1.29 7.3653E-10酒精的实验数据：测量次数12345法线位置左游标右游标折射光极限位置左游标右游标入射角ai1.34121.34111.34121.34111.34128.40468E-10液体折射率n1.34118.40468E-10【分光计实验误差分析】1、 仪器误差。2、 读数误差。3、 仪器望远镜与仪器在主轴没有完全正交。4、 载物台没有完全水平。5、 人眼的区别造成主刻度盘的