大学物理实验设计性实验液体折射率测定

评分：大学物理实验设计性实验实验报告

实验题目：液体折射率测定

班级：

姓名：学号：

指导教师：

《液体的折射率测定》实验提要

实验课题及任务

《液体的折射率测定》实验课题任务方案一：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象，当入射击角为某一极值（掠射）时，会产生一特殊的光学现象，能同时看到有折射光和无折射光的现象，就可以实现液体折射率的测量。

学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《液体的折射率测定》的整体方案，内容包括：（写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。

设计要求

⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解

仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。

⑶测量5组数据，。

⑷应该用什么方法处理数据，说明原因。

⑸实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。

实验仪器

分光仪、钠光灯、毛玻璃与待测液体

实验提示

掠入射法测介质折射率的原理如图示3-1所示。将待测介质加工成三棱镜，用扩展光源（用钠光灯照光的大毛玻璃）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

i。在棱镜中再也不可能有折射角为掠入线（入射角为

90），对应的折射角为临界角

c

i的光线。在AC界面上，出射光a、b、c的出射角依次减小，以c光线的出射角大于

c

'i为最小。因此，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。证

明：棱镜的折射率1n 与棱镜顶角A 、最小出射角'i 有如下关系：

2

1sin cos 'sin 1⎪⎭

⎫

⎝⎛++=A A i n

若在AB 面加折射率为n 的待测液体，上述关系又如何。

评分参考(10分)

⑴ 正确写出实验原理和计算公式，2分。 ⑵ 正确的写出测量方法，1分。 ⑶ 写出实验内容及步骤，1分。

⑷ 正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。 ⑸ 正确的测量数据，1.5分。

⑹ 写出完整的实验报告，2.5分。(其中实验数据处理，1分；实验结果，0.5分；整体结构，1分)

学时分配

实验验收，4学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告1学时。

提交整体设计方案时间

学生自选题后2～3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版。用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。

实验题目：液体折射率测定

实验目的：

1.进一步加深对分光计的认识，掌握调整和使用分光计的方法

2.掌握用掠入射法测量棱镜折射率。

3掌握用掠入射法测液体折射率。

实验仪器：

分光仪、钠光灯、毛玻璃与待测液体，

实验原理：

液体折射率的测定 ---- 掠入射法

光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象，当入射角为某一极值（掠射）时，会产生一特殊的光学现象，能同时看到有折射光和无折射光的现象，用望远镜看到的视场是半明半暗，中间有明显的明暗分界线。利用这现象就可以实现固体和液体折射率的测量。

1.棱镜折射率的测定

用扩展光源（用钠光灯照光的大毛玻璃）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

i。在棱镜中再也不可能大，而c光线为掠入线（入射角为90°）的折射角为临界角

c

i的光线。在AC界面上，出射光a、b、c的出射角依次减小，以c光有折射角大于

c

线的出射角'i 为最小。因此，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。棱镜的折射率1n 与棱镜顶角A 、最小出射角'i 即极限角，有如下关系

由于A ＝60°，由公式可知：只要测出极限角i ′，就可以计算棱镜的折射率。 测出明暗分界线方向以及AC 面的法线方向，这两个方向间的夹角就是i ′。 折射光线C 方向及AC 面的法线方向测量方法

将棱镜置于载物平台上。先用眼睛直接观察平行光经棱镜折射后的出射方向，再将望远镜转至该出射方向，使在望远镜中清楚地看见由钠灯发出的光经棱镜后的 光线。然后缓慢地转动载物平台，让入射光线与AB 面调至确定折射光线移动方的转折位置，然后固定平台。转动望远镜，使双十字叉丝的竖直线对准折射光线，记录与望远镜在该明暗光线分界位置（即C 光线）相应的两个游标读数2r 和'2r 再转动望远镜，使双十字叉丝竖直线对准平行光的狭缝像，记录与AC 面垂直的光线角度相应的两游标读数1r 和'1r

在测量望远镜转过的角度时，要注意游标是否经过了刻度盘的零点。如果 过了，则必须在相应的读数上加上360°后再计算 2.液体折射率的测定

将折射率为n 的待测液体，放在已知折射率为n 1（n ＜n 1）的直角棱镜的折射面AB 上，若以单色的扩展光源照射分界面AB ，则入射角为π/2的光线Ⅰ将掠射到AB 界面而折射进入三棱镜内，其折射角i c 应为临界角。从图5-5-1可以看出应满足关系

2

sin cos 'sin 1⎪

⎭

⎫

⎝⎛++=A A i n

1sin n n

i c =

当光线Ⅰ射到AC 面，再经折射而进入空气时，设在AC 面上的入射角为φ，折射角为ϕ，则有

φ

ϕsin sin 1n =

除入射光线Ⅰ外，其他光线如光线Ⅱ在AB 面上的入射角均小于π/2，因此，经三棱镜折射最后进入空气时，都在光线Ⅰ＇的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时，在视场中将看到以光线Ⅰ＇为分界线的明暗半视场，如图所示。

当三棱镜的棱镜角A 大于角i c 时，由图5—5—2可以看出，A 、i c 和角φ有如下关系

φ

+=c i A

I

II B

B C