测量液体折射率随温度变化的曲线

设计性实验

（报告）

摘要

在液体的各种属性中，诸如密度、浓度、温度等的改变都会影响液体的折射率，此外，外界条件如压强的改变也会在一定程度上改变液体的折射率。在生产实际中，通过测定液体折射率随不同属性的变化情况，有重要的意义。通过实验测量，甘油的折射率随温度变化的情况，温度升高，折射折射率随之减小。

关键字

液体折射率；温度；阿贝折射仪；曲线

目录

摘要 ................................................................................................. I 关键字 ................................................................................................. I 第一节前言 (1)

第二节材料与方法 (2)

第三节结果 (3)

第四节讨论 (4)

参考文献 (5)

致谢 (6)

第一节前言

折射率是表征液体光学性质的基本物理量之一。在液体的各种属性中，诸如密度、浓度、温度等的改变都会影响液体的折射率，此外，外界条件如压强的改变也会在一定程度上改变液体的折射率。在生产实际中，通过测定液体折射率随不同属性的变化情况，有重要的意义。如在食品生产中，通过测量液体折射率可以鉴别食品组成、深度及品质。为了对液体折射率有一个更深的理解，本文对甘油在不同温度下的折射率进行了测定。

第二节 材料与方法

材料：阿贝折射仪、甘油、恒温器。

阿贝折射仪的基本原理即为折射定律：2211sin n sin n αα=， n 1，n 2为交界面的两侧的两种介质的折射率（图一）。1α为入射角，2α为折射角。 若光线从光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，改变入射角可以使折射角达到90°，此时的入射角称为临界角，本仪器测定折射率是基于测定临界角的原理。

图二中当不同角度光线射入AB 面时，其折射都大于i ，如果用一望远镜对出射光线观察，可以看到望远镜视场被分为明暗两部分，二者之间有明显分界线。见图三所示，明暗分界处即为临界角的位置。

图一 图二 图三

图二中ABCD 为一折射棱镜，其折射率为n 2。AB 面上面是被测物体。（透明固体或液体）其折射率为n 1，由折射定律得：

22o 1sin n 90sin n α•=• （1） i sin sin n 2=•β （2）

βα+=Φ 则βα-Φ=

代入（1）式得：)sin cos cos (sin n )sin(n n 221βββΦ-Φ=-Φ= （3）

由（2）式得：i sin sin n 2

2

2

2

=β 推出 22

222n i sin n cos ）（-=

β 代入（3）式得：sini cos i sin n sin n 2

22

1Φ--Φ= 棱镜之折射角Φ与折射率n 2均已知。当测的临界角i 时，即可换算的被测物体之折射率n 1。

方法：用滴管滴少量甘油于两棱镜面之间，然后对样品进行加热，并稳定在所须要的每个温度上，在阿贝折射仪上读出其相应的折射率值。得到一组不同温度（25℃—90℃）下的甘油折射率值，然后作n —t 图像。（因实验的目的只是测量液体折射率随温度变化的情况，所以不必进行较对）

第三节 结果

我们对不同温度下甘油的折射率进行了测量，所得数据如下表所示。 温度t （℃） 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.5 55.0 折射率n 1.4665 1.4658 1.4650 1.4639 1.4628 1.4613 1.4604 温度t （℃） 60.0

65.0

70.0

75.0

80.0

85.0

90.0

折射率n

1.4592 1.4580 1.4568 1.4551 1.4541 1.4527 1.4515

其n —t 曲线如下所示，

1.450

1.4521.4541.4561.4581.4601.4621.4641.4661.468

甘油随温度变化的n — t 曲线

折射率n

温度t （℃）

从测量数据和n —t 曲线可以很明显地看出，甘油的折射率随温度变化的情况，温度升高，折射折射率随之减小。

第四节讨论

当液体（甘油）温度增加时，液体受热膨胀，密度随之减小，从而导致光在水中速度减小，而折射率与光速是成正比的，因此折射率就减小。

从甘油的n—t曲线可以看出，折射率与温度接近线性关系，我们对所测数据进行线性拟合，得到相关系数R= -0.99794，相关程度较大，但我们不能由此得到液体折射率与温度成线性关系，我们的实验数据还远远不足以证明这一点。

参考文献

[1] 张宏万葆红. 《大学物理实验》. 1998年第01期

[2] 张映辉. 《大学物理实验》. 机械工业出版社，2010

致谢

本实验是由笔者和其他三位同学共同完成，在实验过程中，多次遇到无法解决的问题，在此特感谢金逢锡老对我们的悉心指导。同时，也感谢和我共同实验的三位同学，他们实验中某些问题的看法和处理方法，使我受益匪浅。

（设计性实验）指导教师评语