液体的折射率测定

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大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：液体的折射率测定

班级：

姓名：学号：

指导教师：陈丽娜

茂名学院物理系大学物理实验室

实验日期：200 9 年12月 3 日

实验23 《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，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。

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 光线为掠入线（入射角为︒90），对应的折射角为临界角c i 。在棱镜中再也不可能有折射角大于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'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。

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，要求用纸

质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。

液体的折射率测定

实验目的：

1.巩固对分光计的使用方法。

2学习用掠入射法测定液体折射率。

实验仪器：

分光计、钠光灯、三棱镜、少许脱脂棉、酒精、毛玻璃及待测液体(水、酒精)

实验原理：

1.三棱镜折射率的测量

如图1所示，将折射率为1n 的待测物体放在已知折射率为2n 的三棱镜的折射面AB 上,且21n n >.若以单色的扩展光源照射分界面AB 时,则从图1可以看出,入射角为90︒的光线1,将射到AB 界面而折射进入三棱镜内.显然,其折射角i '应为临界角.因而满足关系式

1'

2

sin n

i

n

=

（1.1）

当光线1射到AC 面,再经折射而进入空气时,设在AC 面上的入射角为ψ,折射角为ϕ,有

112sin sin n ϕψ= （1.２）

除光线1外,其他光线如光线2在AB 面上的入射角均小于90︒,因此经三棱镜折射最后进入空气时,

都在光线1左侧.当用望远镜对准出射光线方向观察时,视场中将看到以光线1为分界线的明暗半荫视场,如图1所示.

由图1可以看出,三棱镜的棱镜角A 与i '及角ψ有如下关系 （1.3）

而棱镜的折射率与上述方法相似，当取得极限角ϕ时,根据图2

由三角形角之间关系可得出：

222222

sin 1

sin sin i A n i ϕψψ+===

由此两个式子，可得：

()()22222222

22sin sin sin sin cos cos sin sin cos sin sin cos sin tan sin cos i A i A i A i A i A i A i A

ϕϕϕ=-=-+==

+所以棱镜的折射率为:

1

2 B

图1

ψ±'=i A

22

1

sin n i =

=== （1.4）

2.液体折射率的测量

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，就可以实现对液体折射率的测量。

应用式（1.1），（1.2）、（1.3）和（1.4）且消去'i 、1ψ、ϕ、2n 后可得：

(

)[

]1111

12221.sin sin sin cos cos sin sin cos sin sin cos sin i A A A A A n n n n ψψψϕϕ'==-=-==

即所求液体的折射率为：

11sin cos sin n A ϕ= （1.5） 因此，当取得极限角时，用分光计分别测出，三棱镜与加工后的三棱镜对纳灯发出的黄谱线的极限角1ϕ、2ϕ，即可由式（1.5）计算出待测液体的折射率1n ．上述测定折射率的方法即为掠入射法，是基于全反射原理.

按照图2所示，纳灯发出的光经棱镜折射，转动望远镜，使明暗区域的分界线与望远镜的双十字叉丝的竖直线重合，记录两游标的读数1φ 和'1

φ。

再转动望远镜，利用自准直的调节方法，测出AC 面

的法线方向（即使望远镜的光轴垂直于AC 面），记录相应的两游标读数2φ 和'2

φ 。则极

限角ϕ：()'

'

2

121

2ϕφφ

φφ-⎤

⎛

⎫⎡

=+⎥ ⎪⎢⎣

⎝⎭⎦

- （1.6） 实验步骤及内容：

1.分光计调节

(1)

目测粗调，目测调整望远镜光轴、平行光管轴、载物台平面、三者大致垂直于分光计中心旋转轴。

(2)望远镜调焦到无穷远，适合观察平行光。

图2