测量固体、液体折射率

1、一、实验目的与实验仪器1实验目的1学会使用读数显微镜测量固体和液体的折射率。2学会使用全反射法测量液体的折射率。3学会使用阿贝尔折射仪测量液体和固体的折射率。2实验仪器读数显微镜、待测折射率玻璃板、涂有红漆的玻璃片、小烧杯、底部涂有红漆标记的玻 璃培养皿、全反射法测量液体折射率仪、钠光灯望远镜、阿贝尔折射仪、温度计、银粉、酒 精、溴代萘。二、实验原理1. 用读数显微镜测量液体和固体的折射率S2位置如图，透明介质中某物体S1发出的光经过空气和透明介质界面发生折射，在成像。当入射角i1和折射角i2很小时，有由折射定律知将空气折射率 n2=l带入可得=? ? = sin ? = ?2sin? ta

2、n?=?3 '?sin? ta n?=?'? ni =?式中S3S1为透明介质厚度，S3S2为物体成像距介质外表距离，即像的高度。2全反射法测液体折射率在密封的两玻璃片中间的空气层放入一种液体中，当光通过后在各个面发生折射，由折射定律可以得出：nLsin a =Gsin 3 = nini式中nL、nG、nA分别为液体、玻璃、空气的折射率。当3足够大时，光线将在由玻璃射入空气时发生全反射，即i=90 °又由于nA=1。只要测出正好到达全反射状态下的入射角即可 计算出到液体的折射率，由折射定律：nLsin a =Gsin 3 = 11即液体折射率nL =-sin aJJ皆

3、-J MZhJ1_上图便是用全反射法测量液体折射率的装置。T为望远镜；S为盛待测液体的容器；P为中间有空气的玻璃系统，R为刻度盘。调节仪器后，转动刻度盘，当望远镜视场中一半明亮一半昏暗时即到达全反射临界角。3.阿贝折射仪测量固体和液体折射率如下列图阿贝折射仪原理图，透明介质中 光线以入射角a入射到直角玻璃棱镜ABC的AB面，进入棱镜中，再出射到空气中。由折射定律：?5sin a= ?$in 3 ?in 丫= ?sini式中nD、nG、nA分别为透明介质、 玻璃、空 气的折射率。由几何关系可得：A= 丫 + 3 ,取空气折射nA=1，可得：?爲岳?？?_?nD =- ?当n=90°时，

4、折射角3最大3 0sin 30=nD/nG，而丫为最小值，导致 i为最小值io,此时上式可写为：nD = ?<2?_?2? ?此时对应的出射角最小，即视场中的明暗分界线正好对应掠射光线。三、实验步骤1用读数显微镜测量水和玻璃的折射率1将涂有红漆标记的玻璃片放置到读数显微镜的载物台上，用钠光灯照亮，并调节读 数显微镜的物距使得能够清楚地看到玻璃片上的红漆标记，记下此时读数显微镜的镜筒位置读数Si；2在涂有红漆标记的玻璃片上放上待测折射率的玻璃板开始时其上不放任何物质，再次调节物距到能够看清玻璃板上的红漆标记，并记下此时读数显微镜的镜筒位置读数S2；3在待测玻璃板上放少许银粉，调节物距到能够

5、看清玻璃板上的银粉，记下此时读数 显微镜的镜筒位置读数 S3；4对Si、S2、S3重复测量几次，玻璃折射率及其误差；5盛水的器皿是一个底部涂有红漆标记的玻璃培养皿，测量方法与上述测量玻璃折射率的方法相同。2. 全反射法测水的折射率将待测折射率的水注入方形杯S中，钠光从S的一个窗口入射，用望远镜自另一个窗口观察穿过 水的光。转动刻度盘 R，使明暗分界线对准望远镜 叉丝，记下R上的读数$ 1,这时玻璃片在 P位置， 如右图；在转动玻璃片至P',使明暗分界线对准叉丝，记下 R上的数据$ 2由右图可得：_ l?1_?2la 21nL sin a3. 阿贝折射仪测量水和酒精折射率1测量水和酒精的

6、折射率翻开钠灯，调节望远镜，使目镜的叉丝清晰。 翻开棱镜组，在照明棱镜粗糙面上滴几滴 水，然后与折射棱镜合并，转动手轮柄使望远镜中的明暗分界线与叉丝交点重合，读出刻度盘上的读数。取下照明棱镜，擦干净水，涂上酒精，重复上述操作。2测量玻璃的折射率取下照明棱镜，将待测的玻璃片外表用酒精擦干净， 在玻璃片的一面薄薄地涂上一层a-溴代萘，然后沿折射棱镜斜面由下向上推，使玻璃片与折射棱镜紧贴。参加a-溴代萘目的是使玻璃与棱镜间没有空气，不发生全反射，其对折射角无影响。 调节手轮，读出玻璃折射率。测量后清洗玻璃和棱镜上的a -溴代萘。四、数据处理1用读数显微镜测量水和玻璃的折射率1玻璃的折射率123平均S

7、3SmmS3S2/mm折射率?5.0?玻璃的折射率 ni =?23.1?2mm22密?=1?7? ?)2S<(S3S1)=1 ? 2 U(S3S1)= W?)2?+ 仪 =2 2.5 X 0.015 + 0.122X?=1?3 ?)22SX (S3S2)= 5mm2? _ 2 ?U(S3S2)= V()2?+ 仪 =V 2.5 X 0.005 + 0.12 = mm?时2?务?？ + (?)2? = X 菇)2 ?+ (?)2?=V&)2 xo.32+ (*)2 X0.22 =U(r) = 0.088 X 1.6=那么玻璃的折射率m2水的折射率123S3S1/mmS3S2/mm折

8、射率1.33+1.36+1.34 那么室温下水的折射率：n =3查资料得知室温下水的折射率约为，那么相对误差：§ = 1.3：-3；3 % 10% =%2.全反射法测水的折射率那么室温下水的折射率:1.46+1.46+1.46n = _3查资料得知室温下水的折射率约为，那么相对误差:123如P位置21.8 °OO他P'位置108.0 °O108.2 °|?1-?2|a 243.1 °OO折射率3 = 1.46-3 X 10% =%3.阿贝折射仪测量水和酒精折射率123水折射率酒精折射率1.3356+1.3360+1.33611那么室温下

9、水的折射率:3330,那么相对误差:查资料得知室温下水的折射率约为1.3359-1.3330_1.3330X 10% = %2那么室温下酒精的折射率:1.3651 + 1.3649+1.3650 n = _查资料得知室温下酒精的折射率约为361只查到三位，那么相对误差:°1.365-1.361 3 = X 10% =%五、分析讨论提示：分析讨论不少于 400字1.结果分析读数显微镜法和阿贝折射仪测出的液体折射率相对误差很小，而全反射法测液体折射率实验中，计算水的折射率误差为 %，与实际相差较大。可能有以下情况造成误差：调节时平面法线与望远镜光轴不平行； 望远镜和主轴不垂直；我们使用的

10、望远镜没有 十字分划线，这对判断明暗分界线的位置造成较大困难， 引起人眼观察引起的视觉误差以及 读数误差。2思考题1利用读数显微镜测量玻璃折射率时， 玻璃片厚一点还是薄一点好？答：玻璃片厚一点好。因为我们需要计算玻 璃片的厚度S3S1和像的高度S3S2,如果玻璃 片厚一点，那么读数显微镜镜筒移动的距离便 会大一些，那么出现的误差更小。2读数显微镜镜筒向上调节时，假设发 现已经过了聚焦点，能否往回拧旋钮重新聚 隹？ 八'、答：不行，由于螺旋测量装置的内螺纹与外螺纹之间有间隙，故不同旋转方向所对应的读数必有差异。因此在使用读数显微镜进行长度测量时应使十字准线沿同一个方向前进，中途不要倒退，从而消除螺距