阿贝折光仪测液体折射率

实验一 阿贝折光仪测液体物质折射率

折射率是物质的重要光学常数之一，能借以了解物质的光学性能、纯度、及浓度大小等．在分光计的使用实验中将给出固体（玻璃）折射率的测定方法，本实验采用阿贝折光仪测定液体折射率．

实 验 目 的

(1) 学习用掠入射法测量液体折射率的原理；

(2) 了解阿贝折光仪的结构和工作原理，学会使用该仪器测量液体的折射率．

实 验 仪 器

阿贝折光仪，滴管，蒸馏水，无水酒精，少许脱脂棉，待测液体（水）．

实 验 原 理

光线从光密介质进入

光疏介质，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．当光线以90︒

角入射(掠射)时仍有光线

进入光密介质，此时的折射

角亦为临界角．本实验测量折射率的原理及阿贝折射

计的工作原理，就是基于测

定临界角的原理．

1 1 掠入射法测量液体的折射率

如图1.3所示，在一折射棱镜的AB 面上充满了折射率为n 1的液体，棱镜的折射率n 2> n 1．若以单色的扩展光源照射分界面AB 时，

从图1.3可看出：入射角为90︒的光线1将掠射到AB 界面而折射进入三棱镜内．显然，光线1经折射面AB 后的折射角i '正如发生全反射时

的临界角，因而满足

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sin n n i ='

（1.1）

当掠入射光线1经折射到A Ｃ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，则有

ψϕsin sin 2n = （1.２）

除掠入射光线1外，其它光线如光线2在AB 面上的入射角均小于90︒，因此经三棱镜折射，最后从AC 面折射进入空气时，都在光线i '的左侧．由于入射角i 不可能比90︒大，因而在三棱镜内不可能出现比临界角i '大的光线，即AC 面上出射的光线中，没有比φ角小的折射光线，故称φ为极限角．当用望远镜对准AC 面观察时，视场中将看到明暗两部分，其分界线就是i =90︒的掠入射引起的极限角方向．

由图1.3中的光路图可知：三棱镜的棱镜角A 与角i '及角ψ有如下关系：

ψ+'=i A ，

即

ψ-='A i ． （1.3）

应用式（1.3），并从式（1.1）和式（1.2）中消去i '和ψ后可得 ϕϕsin cos sin sin ⋅--=A n A n 2221 ． （1.4）

如果棱镜角A =90°，则

ϕ2221sin -=n n ． （1.5）

因此，当直角三棱镜的折射率n 2为已知时，测出φ角后即可计算出待

测液体的折射率n 1．上述测定折射率的方

法即为掠入射法．

２ 阿贝折光仪的测量原理及仪器结构

阿贝折光仪是测量透明、半透明液体

或固体折射率的常用仪器．国产的阿贝计

的测量范围为 1.3000~1.7000（精度为

±0.0002）．若该仪器接上恒温器，则可测

定温度为0℃~70℃内的折射率n ．

阿贝折光仪也是根据全反射原理设计

的．它有两种工作方式，即透射式和反射

式．本实验只要求采用透射式方法测量透

明液体的折射率．透射式测量光路如图所

示．

将折射率为n 的待测液体放置在折射

率为N的折射棱镜的AB面上，其棱角为A，并将进光棱镜盖上，则液体将充满AB面与A’B’面之间隙，并用光源照明之．如果n

在望远镜视场中将看到半明半暗的视场，明暗分界线就对应于掠面入射光束．测出AC面上相应的临界角φ，即可应用（1.4）式计算求出待测的n值．因

阿贝折射计是用望远镜观察和进行角度测量的一种直读式仪器，所以仪器中直接刻有与φ角对应的折射率值．故不需要任何计算，可直接从调节的明暗分界现象，直接读出分界线对应的折射率值．应用阿贝计测量n值时，无论采用透射光或反射光，式(1.3)都成立．反射式测量用于测量固体（透明或半透明）物质的折射率，测量方法不再介绍．

实验方法

(1) 校准阿贝折光仪．

用蒸馏水校准．打开进光棱镜，用脱脂棉沾一些乙醚、酒精的混合液（4:1）将镜面轻擦干净，然后用滴管在镜面上滴几滴蒸馏水（其折射率标准值20℃时为1.3330），调手轮，使读数恰为1.3330，再从望远镜目镜中看叉丝交线是否与黑白分界线重合．校正完毕后，再进行测定．测定的过程中不允许随意再动此部位．

(2) 测量水的折射率．要求重复读数5次，求出待测n的平均值．

(3) 按照上述方法，测量另一种液体的折射率．

注意事项

(1) 每次测量前必须按照步骤1的方法对镜面进行清洁，清洗后必须待晾干才能再加入被测液体．

(2) 任何物质的折射率都与测量时的温度和使用的光波波长有关．本仪器是在消除色散的情况下测得的折射率，其对应光波波长λ=589.3nm．如不需要测量不同温度时的折射率，测定可在室温下进行．

(3) 实验完毕，必须用步骤1的方法清洗棱镜面．