用掠入射法测定透明介质的折射率

实验 用掠入射法测定透明介质的折射率
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实验概述
【实验目的及要求】
1、掌握用掠入法测定液体的折射率；
2、了解阿贝折射计的工作原理，并熟悉其使用方法。

【仪器及用具】
分光计，三棱镜(两块)，单色光源(钠灯)，待测液体(水、酒精)，读数小灯，毛玻璃屏．
【实验原理】
1.将折射率为n 的待测物质放在已知折射率为1n 的直角棱镜的折射面AB 上，且1n 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2π
的光线I 将掠入射到AB 界面而折射进入三棱镜并射到AC 面，再经折射而进入空气．除掠入射光线Ⅰ外，其他光线例如光线Ⅱ在AB 面上的入射角均小于2π
，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，视场中将看到以光线I ’为分界线的明暗半荫视场．一般地，待测物质的折射率由如下关系式算得：
ϕϕsin cos sin sin 221A n A n ∠--∠= 如果棱镜0
90=∠A ，则上式简化为 ϕ221sin -=n n 图2给出了090<∠A 的情形，图2(a)、2(b)分别对应于
C i A >∠与C i A <∠两种情况．请考虑当
C i A <∠时，计算折射率公式将有何变化?观察
图1 图2
（a ）（b ）
2、阿贝折射计原理
阿贝折射计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。

阿贝折射计中
的折射棱镜ABC 和照明棱镜A ’B ’C ’都是直角棱镜，由重火石玻璃制成。

透射式阿贝折射计测量光路如图3所示。

照明棱镜的A ’B ’
面红磨砂，使透射式测量作漫反射光源用。

将折射率为n 的待测物质放在折射率为n 1的直角棱镜的斜面上，其棱角为A ，并用光源S 照明。

如果介质的折射率n<n 1，与图1相同，红棱镜ABC 两次折射后，由AC 面射出的光束，在望远镜视场中将观察到半荫视场，明暗分界线就对于掠入射光束，测出AC 面上相应的临界出射角φ，由（4）式可计算出被测物质的折射率n 。

实验内容
【实验方案设计】（测量及调节方法）
1.将分光计调节好，包括将望远镜对无穷远调焦，并使其光轴垂直于仪器的转轴；调节棱镜的主截面也垂直于仪器主轴．
2.按图3所示，将待测液体滴1～2滴在直角棱镜的AB 面上，用900
角作为棱镜顶角(A ∠)，并用另一辅助棱镜C B A '''之一个表面B A ''与AB 面相合，使液体在两棱镜接触面问形成一均匀液层，然后置于分光计棱镜台上．
3.先用眼睛在出射方向观察半荫视场．仔细调节使半荫视场的分界线位于棱镜台近中心处，将望远镜叉丝对准分界线，记下两游标读数(21,v v )，重
复几次，取平均值．
4.利用自准直方法，测出AC 面的法线方向，记下
两游标读数(21,v v '
')．重复几次，取平均值，则 )]()[(212211v v v v -'+-'=ϕ 5.将ϕ值代入公式，计算n ，进行误差分析．
6.依同样方法，重复以上步骤，测定另一种液体的折
射率．
液体折射率的测定：参照图4进行操作。

1、转动棱镜的锁紧手柄（10），打开棱镜组，用脱脂
棉沾一些
无水酒精将棱镜面轻轻地擦干净。

2、用蒸馏水对阿贝折射计进行读数校正。

在照明棱镜的磨砂面上滴上一二滴蒸馏水，合上棱镜，旋紧棱镜锁紧手柄，使液膜均匀、无气泡，并充满视场。

调节两反光镜（4）及（12），使两镜筒视场明亮。

旋转手轮（2）使棱镜组
（11）转动，这时在望远镜视场中可观察到明暗分界线上下移动，旋转阿米西棱镜手轮（8），使视场中除去黑白二色外无其它颜色。

将分界线对准十字叉丝中心，于是在读数镜视场右边所指示的刻度值应为水的折射率n （n=1.3330）。

如不相符，则可微动仪器上的校正螺旋，使之完全相同。

这样，折射计的读数就得到校正。

3、重复步骤1，并将被测液体装入仪器中；调节反光镜（4）和（12），使两镜筒视场明亮；旋转手轮（2）使棱镜组（11）转动，这时在望远镜视场中可观察到明暗分界线上下移动，旋转阿米西棱镜手轮（8），使视场中除去黑白二色外无其它颜色。

将分界线对准十字叉丝中心，于是读数镜筒视场右边所指示的刻度，即为被测液体的折射率n 的读数。

图3
【数据表格】（画出数据表格，写明物理量和单位）【数据处理及结果】
【讨论】
指导教师评语及成绩
【评语】
成绩：指导教师签名：
批阅日期：。