用掠入射法测定三棱镜和液体的折射率

PAGEPAGE2大学物理实验设计性实验实验报告实验题目： 液体折射率的测定班 级：学姓 名： 号：指导教师：浙江农林大林 物理实验室实验日期：2012年5月29日：

液体(水)的折射率测定温习分光仪的结构，并掌握分光仪调节和使用方法学习用掠入射法测定三棱镜和待测液体的折射率实验仪器分光仪，钠光灯，毛玻璃，待测液体（水），三棱镜实验原理：分光仪的调节目测粗调目测调节望远镜光轴﹑平行光管光轴﹑载物台平面，三者大致间。望远镜的调焦，使之能接受平行光，调节步骤如下：目测调焦物镜调焦调节望远镜光轴及载物台面垂直于仪器中心转轴。调节载物台下G2G3hh／2调节螺钉，使十字反射像与十字叉丝重合。重合，这需要2，3将载物台转动90叉丝重合。用掠入射法测三棱镜的折射率掠入射法测三棱镜折射率的原理如图 23-1所示按照图23-1摆好实验仪器，扩展光钠光灯源（用钠光灯照亮的毛玻璃）照明该棱镜的折射面 AB，用望远镜对棱镜的另一个折射面AC进行观测。在AB界面上图中光线a、b、c的入射角依次增大，而c光线为掠入线（入射角为90），对应的折射角为临界角，用望远镜看到的视场是半明半暗的，中间有明显的明暗分界线整体移动分光计或刻度盘使钠光灯大AB再将望远镜转至该方位—望远镜看到的视场是半明半暗的，中间有明显的明暗分界线，使竖直“+”字叉丝对准明暗相间的分界线，将刻度盘固定记下左右游标读数 i1i。记下转动望远镜ACi2

i，从而可求光线经4iicACabc的出射角依次减小，以c90i为最小，线。证明如下：其中棱镜的折射率nA当一束光以入射角i射入三棱镜一光面上，由光折射定律可得：三棱镜的折射率 n1/sinA sin2isin2A(sinicosAsin)2由图23-2可得到几何关系 rr,A当入射光平行界面入射时，入射角i=90，代入化简可得n 1sini'cosA2 sinA 液体折射率的测量原理

图23-2将一、二滴被测液体均匀地滴在毛玻璃的表面，然后贴在三棱镜的 AB面上(此动作要轻不要使三棱镜位置发生移动使液体形成一均匀的薄膜（液体不用过多过多就用吸脂棉吸收）整体移动分光计或刻度盘使钠光灯大体位于 AB光学面的延长线上，用眼睛在出射光的方向找到一个明暗相间的分界线，再将望远镜转至该方位—望远镜看到的视场是半明半暗的，中间有明显的明暗分界线，使竖直“ +”字叉丝对准明暗相间的分界线，将刻度盘固定，记下左右游标读数 和 。记下转动望1 2AC面的法线位置，记下两游标读数和，从而可求光线经过待测液体的出3 4。当钠光灯扩展光的光线以90°掠入射时，证明如下：由图23-3看出,入射角为π/21AB应为临界角.因而满足关系式3sin =nx

/ n (23-1)1ACAC为,有sin nsin (23-2)1外,其他光线如光线3ABπ/2,镜折射最后进入空气时,都在光线1场中将看到以光线123-2所示.23-2A有几何关系可得：+ =A利用上式,并从(23-1)(23-2)和,得n sinAn2sin2cosAsinxn为极限角。实验内容及步骤：(1)

图23-3（2iii1 2 3

i，利用公式求出极限角i，重复测量54求极限角平均值和不确定度并由此计算所给三棱镜的折射率 n、不确定度U(n)。23-3AB面上,并用另一毛AB的一个表面ABABAC4PAGEPAGE8和AC面的法线方向(即使望远镜的光轴垂直于AC1 2望远镜叉丝对准分界线,记下两窗口（即两游标）的读数和。3 4，重复测量5次,求平均值与不确定度。（6（23-3式子求出液体折射率nx

U(nx

Ur(n)。x次数次数1234实验数据处理：次数测量数据1i1i2i3i4i2345已知：(次数测量数据1i1i2i3i4i23451234ii

(ii5 1 5

)22

i)4 可得i'i'i'i'i'i1

2 3 4 5=2A类不确定度1n1n1i1(ii)'2ii=（s）m3类不确定度 u m3S2+u2i不确定度 US2+u2ii11sini'cosA2sinA

A=60。22（f2U2（f2U2 f2+UNxxyyzz对i进行求导 n i

cosi(sinicossin2AsinicosA1+（ )2sinAcoscosi(sinicos60sin260。1+（sinicos60sin60。2U2i)2n液体折射率的计算i

1

)(22

)4 ''''' 1 2 2

4 5=A类不确定度1n1n1i1()'2i（s）2'm33类不确定度 u m33S2+u2不确定度 US2+u2n2sin2x由公式 n2sin2x

cosAsin 又（22（22fU2（f2U2 f2+UNxxyyzz对进行求导 nxn

=-sinAsincosn2sin2n2sin2

-cosAcos=对n进行求导待测液体折射率nx

x= =n2n2sin2的不确定度(nx)(nx)2U2(nx)2Un2nx((sinAsincoscosAcos)Un2sin22 2(sinAsin)Un2sin22 2n相对不确定度Ur(nx

)=U(nx)n 100=xn= Ur(n)=x x注意事项：多，要明确它们的作用2物擦拭，必要时可用擦镜纸揩去。调整分光计的过程中，一定要耐心按照正确的步骤进行调整。测量液体折射率时，液体不能滴太多，以免弄湿仪器。实验完毕要擦试净。平面镜，三棱镜要放置好，以免摔破。实验心得：通过这次试验我深刻了解到自己动手能力和创新思维能力还有待于提高，但也学会了很多东西。通过自主设计实验目的，实验仪器，实验原理以及实验步骤，清楚了