掠入射法测液体的折射率

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实验过程和方法
(1)调整分光计,使之达到正常测量状态。a.目镜调焦:先把目镜调
焦手轮旋出,然后一面旋进,一面从目镜中观察,直到分划板刻线清晰。
如图 2 所示。
图 2 十字准线
图 3 绿十字像
b.望远镜调焦: 在载物台上放置平面镜,使其反射面正对望远镜。旋物台,改变平面 镜的水平方位,则可以在目镜中看到平面镜反射回的一亮十字像,再 利用载物台的调平螺栓和望远镜的俯仰调节螺栓,把亮十字线调到与 分划板上方的十字线重合且无视差为止。
如图 1 所示,在一折射棱镜的 AB 面外充满了折射率为 n 的液体,已知 棱镜的折射率 n0>n.若用钠灯经毛玻璃散射后,从 AB 界面的上方照射界面。 凡入射角小于 90°的光线都能折射进入棱镜,而入射角等于 90°的光线 乃是折射到棱镜的最边缘(折射角最大)的一条光线,此光线以上则完全 无光(因为没有入射角大于 90°的光线)。这样用望远镜从 BC 面望去, 在视场,必然呈现分明的明暗两部分,若 BC 面外为空气,其折射率为 1. 根据折射定律应有:
4 β
301 29°28′30″ °
2 150°27′ 330°30′ 121°
301 29°28′30″ °
3 150°27′ 330°30′ 121°1′ 301 29°28′ °°
= 1 {29°28′30″+29°28′30″+29°28′} 3 =29°28′20″
根据 n0 1 (cosB sin )2
nsin 90 n0sin i n0sin sin
十字像位 置 十字窗口
(2)当分光计调节好后 a.取少许水,滴在等边三棱镜的一光面 AB 上,将另一辅助棱镜的 毛面紧贴在面 AB 上,让水在两棱镜面间形成一均匀薄膜。然后把 它放在分光计的载物台上,并用钠灯从 AB 线的上方照亮液膜。如 图(十一)所示。
(3)用眼睛在出射光的方向上(即图中的 BC 面)找到一个明暗的分界 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
较简单,方法易行,本实验利用分光计和三棱镜等实验室常见仪器,仪器 普通,测量简捷,可操作性强,重复性好。
实验原理
光线自光密介质进入光疏介质,其入射角小于折射角。逐渐加大入射角, 可使折射角达到 90°。折射角等于 90°时的入射角称为临界角。反过来, 若光线自光疏介质进入光密介质,入射角大于折射角。当光线一 90°角 入射(即掠入射)时,仍有光线进入光密介质,此时的折射角亦为临界角。
Ⅰ A
n B
iα β
n0

C明
图1
从图中可看出
B i i B
nsin 90 n0sin i n0 sin sin

n sin B n02 sin2 cosBsin
式中 n0 及 B 为已知,可见如果测出角β,则被测液体的折射率 n 即可求
出。
实验仪器
分光计、等边三棱镜两块、钠灯(汞灯)、待测液体(水)等
4
301° -29°28′30″
2 150°27′ 330°30′ 121° 301° -29°28′30″ 3 150°27′ 330°30′ 121°1′ 301° -29°28′
根据 1 3 1 4 2计算β,见表一
2 = 1 {-29°28′30″-29°28′30″-29°28′}
盘固定,记下左右游标读数1 和2 。
(4)转动望远镜,使镜筒对准 BC 面,用自准法测出 BC 面的发现方向,
记下两读数 3
和 4 。根据
1 3 1 4
2
2计算
,便可计
算出被测液体(水)的折射率 n。
数据测量和结果分析
一. 使用钠灯测水的折射率
A. 用掠入射法测玻璃折射率
1
2
3
1 150°27′ 330°30′ 121°
1 3 1 4
2
2计算,其中当望远镜中央竖线与半荫分界线
重合,读数记为1 和 2 ,测 BC 面法线方向时,读数记为3 和 4 。
此时从上图中可看到:半荫分界线是在 BC 面的发现方向的左侧。当测完
半荫分界线后,继续往前转动望远镜,所测得的 3 一定小于1 。即 3 <1 ,4 <2 。
代入上式 1 3 1 4 2所计算的β值一定为负。是
掠入射法测液体的折射率
物理学系 巧云 6 摘要:本文分别使用钠灯和汞灯作为光源利用掠入射法测量了水的折射
率。通过分光计望远镜可观察到由光线掠入射造成的明显的半荫视场,从 而求出所测液体即水的折射率。分析了掠入射法测液体的折射率的误差来 源,并进行了不确定度的计算。
关键词:掠入射法、测量折射率、不确定度 引言:测量液体的折射率有多种方法,掠入射法测液体的折射率,原理
c.调节望远镜轴垂直于载物台光轴。 把三棱镜放到载物台上,转动载物台,使三棱镜的一个光学面正对望远 镜,通过调节望远镜的俯仰螺栓和载物台的调平螺栓可在目镜中看到清 晰的亮十字像,然后再找到棱镜第二个光学面的反射的像。使用“渐进 法”让两个光学面反射的亮十字像都和上方水平线重合为止。如图(八) 所示。
2
不能将β值代入 n0 1 (cosB sin )2 中计算玻璃的折射率,故
sin B
表一中所算的 n0=1.00004 是错误的。
2)
若我们要按
1 3 1 4
2
2 计算β,那么我们要修正公
式 n0 1 (cosB sin )2 。由于我们计算的β值已经为负,那么推 sin B
导条件应列为:
sin B
=1.5205
显然这个结果更是我们所希望的,那么得到的β究竟该怎么算呢?为
什么相同的数据处理得到的却是不同的结果,我将进行如下探讨:
1) 实验原理中推导条件为:
nsin 90 n0sin i n0 sin sin B i
i B
条件中β肯定为正
Ⅰ A
n B
i
α
β
n0

C

在表一中数据若继续根据
3源自文库
=-29°28′20″
再根据实验原理中所推公式:
n sin B n02 sin2 cosBsin
式中 n=1(空气中),B 为 60°,带入有:
n0 1 (cosB sin )2 sin B
=1.00004
显然这个结果是错的。
若数据处理为
1
2
3
1 150°27′ 330°30′ 121°
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