液体折射率测定的设计与实现

液体折射率测定的设计与实现

摘要：分光计又称光学测角仪，是一种分光测角光学实验仪器。分光计是一种具有

代表性的基本光学仪器，通过用掠入射法测三棱镜的折射率和设计实验测量

液体折射率。可以让我学好分光计的调整和使用，为今后使用其他精密光学

仪器打下良好基础。

关键词：分光计、掠入射法、三棱镜、液体、折射率

一、引言：

分光计是一种分光测角光学实验仪器。分光计是一种具有代表性的基本光学仪器，学好分光计的调整和使用，可为今后使用其他精密光学仪器打下良好基础。

二、实验任务：

1．温习分光仪的结构，并掌握分光仪调节和使用方法

2. 学习用掠入射法测定三棱镜和待测液体的折射率

三、实验仪器

JJY 分光仪（本实验不提供平面镜），钠光灯，黑玻璃，三棱镜，水槽，水

四、实验原理

1.液体折射率的测量原理

将一、二滴被测液体均匀地滴在毛玻璃的表面，然后贴在三棱镜的AB 面上(此

动作要轻，不要使三棱镜位置发生移动)，使液体形成一均匀的薄膜（液体不用过多，过多就用吸脂棉吸收）。整体移动分光计或刻度盘使钠光灯大体位于AB 光学面的延长线上，用眼睛在出射光的方向找到一个明暗相间的分界线，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，将刻度盘固定，记下左右游标读数1ϕ和2ϕ。记下转动望远镜AC 面的法线位置，记下两游标读数3ϕ和4ϕ，从而可求光线经过待测液体的出射极限角ϕ。当钠光灯扩展光的光线以90°掠入射时，证明如下：由图23-3可以看出,入射角为π/2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α应为临界角.因而满足关系式

sin α = x n / n (23-1)

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ϕ,折射角

为β,有

sin ϕ=n sin β (23-2)

除光线1外,其他光线如光线2，光线3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为分界线的明暗相间半明半暗的视场,如图23-2所示.

由图23-2可以看出,三棱镜的棱镜角A 与α及角β有几何关系可得：

α+β = A

利用上式,并从(23-1)和(23-2)两式中消去α和β,得

上式中，n 为棱镜的折射率，ϕ为极限角。

图23-3

五、实验内容及步骤：

(1)按照分光计调节要求和方法,调节分光计。

（2)用掠入射法测量出1i ，2i ，3i ，4i ，利用公式'"'".'"2'2422'"22'"sin60sin91912cos91912

1 1.6475sin60(cos60cos91912) 1.

2 1.610180601.6475sin 91912 1.6475sin 91912π-⨯+⨯⨯⨯+⨯--=

。。。。

。22。。（）（）（）（）求出极限角i ，重复测量5次，求极限角平均值和不确定度并由此计算所给三棱镜的折射率n 、不确定度U(n)。

(3)如图23-3所示摆好实验仪器,将待测液体滴在三棱镜的AB 面上,并用另一毛

玻璃A 'B '的一个表面A 'B '与AB 面相结合,使液体在两棱镜接触面间形成一均匀液膜,然后置于分光计载物平台上。

(4)点亮钠光灯,旋转载物平台或望远镜,在出射光方向AC 面找到半荫视场分界

线，利用自准直的调节方法, 使“+”字像与上叉丝中心重合，将刻度盘固定，记下左右游标读数1ϕ和2ϕ，测出AC 面的法线方向(即使望远镜的光轴垂直于AC 面)，使望远镜叉丝对准分界线,记下两窗口（即两游标）的读数3ϕ和4ϕ。

(5)由公式计算出ϕ，重复测量5次,求ϕ平均值与不确定度。

ϕϕsin cos sin sin 22A n A n x --=

（6）利用（23-3）式子求出液体折射率x n 、不确定度U(x n )、相对不确定度Ur(x n )。 注意：有关角度误差的数值要以弧度为单位

注意事项：

1.调节后的分光仪在使用中，不要破坏已调节的条件：分光计上可调螺钉较 多，要明确它们的作用

2．实验时，要注意保护仪器，手不能触摸棱镜光学面，也不准用手，海绵等 物擦拭，必要时可用擦镜纸揩去。

3.调整分光计的过程中，一定要耐心按照正确的步骤进行调整。

4.测量液体折射率时，液体不能滴太多，以免弄湿仪器。实验完毕要擦试净。

5.平面镜，三棱镜要放置好，以免摔破。

6.实验完毕要整理仪器，打扫卫生，保持实验室整洁。

六、实验数据处理及分析：

七、实验误差分析

1.系统误差

2.偶然误差

八、结束语

通过这次设计型试验感觉受益匪浅，与以前的依着老师给我们的示范画瓢实验不同，这次的作业充分体现出注重实验的探索性，通过自主设计实验目的，实验仪器，实验原理以及实验步骤，清楚了实验与理论的关系，结合实验中出现的问题以及实验技能的有关问题，通过用掠入射法测三棱镜的折射率和设计实验测量液体折射率。可以让我学好分光计的调整和使用，为今后使用其他精密光学仪器打下良好基础。使我对物理实验的那个精益求精以及对实验数据的尊重的精神，有了更加深入的理解。通过自己独自的设计以及做完整个实验，有了一定的成就感，在这里衷心的感谢倪涌舟老师的悉心讲解。

九、文献参考

书籍：大学物理实验模块化教程（理工类）赵丽华戴朝卿等编

网址：/view/520555b81a37f111f1855b6f.html