牛顿环测液体的折射率.docx
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牛顿环测液体的折射率
师大学毕业论文
论文题目：
利用牛顿环测量水的折射率
系 别：
物理系
专 业：
物理学
班 级：
09A班
学生：
马援奎学号：
指导教师：
袁海良 职称：
副教授
最后完成时间：
本科毕业论文（设计）题目审批表
系别：
班级：
专业：
学生
学 号
指导教师
职 称
所选题目名称：
题目来源：
选题理由：
指导教师意见：
年 月 日
系（部）领导小组意见：
年 月 日
备注：
本科毕业论文（设计）中期检查表
系别：
班级：
专业：
论文（设计）题目：
姓 名
学号
指导教师
职称
计划完成时间：
毕业论文人（设计）的进度安排：
1．毕业设计选题时间：
2013年3月10日
2．论文初稿完成时间；2013年4月20日
3．论文中期检查时间：
2013年4月30日
4．毕业论文定稿时间：
2013年5月5日
5．毕业论文答辩时间：
2013年5月8日—10日
完成情况：
指导教师意见：
年 月 日
备注：
本科毕业论文（设计）指导教师评语
系别：
班级：
专业：
毕业论文（设计）题目：
姓 名
学 号
指导教师
职 称
指导教师给分：
指导教师评语：
年 月 日
毕业论文（设计）分工情况：
（多人合作研究时填写）
备注：
本科毕业论文（设计）答辩记录表
系别：
班级：
专业：
毕业论文（设计）题目：
学生
学 号
指导教师
职 称
答辩委员会：
答辩委员会评语：
答辩委员会主任：
年 月 日
答辩委员会给分：
指导教师给分：
毕业论文（设计）最终得分：
备注：
利用牛顿环测量水的折射率实验
马援奎
摘要：
由牛顿发现利用用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆环。
这种光学现象被称为“牛顿环”。
利用牛顿环的光学原理测量液体折射率，是一种十分可行的方法，本文中阐述了牛顿环的光学原理和测量蓖麻油折射率的实验原理,并研究出了具体的测量方法,最后对蓖麻油的折射率进行了测量,并得出了较为可靠地数据结果。
Englishabstract:
ByNewtonfounduseinalargeradiusofcurvatureoftheconvexlensandaflatglasscontact,withmonochromaticlightilluminate,appearwithmonochromaticlightandshadeisring.Thisopticalphenomenonisknownas\"Newtonring\".UsingtheopticalprincipleofNewton'sringsmeasuringliquidrefractiveindex,isaveryfeasiblemethod,thisarticleelaboratedtheNewtonringopticalprincipleandtheprincipleofmeasuringrefractiveindexofcastoroilexperiment,andworkedoutthespecificmeasurementmethod,finally,therefractiveindexweremeasured,castoroilanditisconcludedthatthemoredataresultsinareliableway.
关键词：
牛顿环、折射率、逐差法
Keywords:
Newton'srings,refractiveindex,bydifferentialmethod
摘要6
关键词6
一、牛顿环7
（一）牛顿环简介7
（二）牛顿环原理8
二、牛顿环测量水的折射率9
（一）测量原理9
（二）实验测量方法10
（三）实验步骤10
（四）实验数据及其计算10
1、牛顿环测量空气的折射率10
2、牛顿环测量水的折射率12
3、水的折射率的计算13
三、误差分析13
四、实验结果及其结论14
五、结束语14
参考文献15
一、牛顿环
（一）牛顿环简介
17世纪初，物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时，把一个玻璃三棱镜压在一个曲率已知的透镜上，偶然发现干涉圆环，并对此进行了实验观测和研究。
他发现，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆环，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆环。
这是由于光的干涉造成的，这种光学现象被称为“牛顿环”。
（二）牛顿环原理
一个曲率半径相当大的平凸透镜与另一平面玻璃,如图一所示装置,在两玻璃面之间,便形成了很薄的类似劈尖的空气层。
单色光源S发出的光,经过透镜L变成一束平行光,再经倾斜45°的半透明平面镜M反射后,垂直地照射到平凸透镜的表面上。
入射光在空气薄层的上下两表面反射后,其中一部分穿过平面镜M,
进入显微镜T。
在显微镜中可以观察到以O点为中心的环形干涉条纹,称为牛顿环。
图一图二
空气薄层中，任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件：
2e+λ/2=kλk=1,2,3,---
2e+λ/2=（2K+1）λ/2K=0,1,2---
图二所示：
因为：
所以：
明暗干涉条纹的半径为：
K=0，1，2---明条纹
K=0，1，2---暗条纹
二、牛顿环测量水的折射率
（一）测量原理
若在平凸透镜与平面玻璃之间充满水,其折射率为n，则牛顿环的半径变为
K=1,2,3,--- 明条纹
K=0,1,2--- 暗条纹
为了消除误差,我们具体测量两个暗环的直径，于是，
（M>N）
（M>N）
由上公式可得水的折射率为：
（二）实验测量方法
（1）测出牛顿环空气层形成的10组牛顿环的直径。
（2）我们选择水作为样品，因为水的折射率应介于空气与玻璃之间。
（3）选一玻璃器皿,并将牛顿环放入其中,再注入水,使水面刚好不没出牛顿平凸透镜上表面，同时多次震动，将部空气挤出来。
（4）为减小实验误差，我们采用逐差法进行测量。
（三）实验步骤
1、首先使用牛顿环测量空气的折射率。
将只形成空气膜的平凸透镜与平面玻璃放到显微镜载物台上，在钠光灯照射条件下，找到牛顿环，测出显微镜左面第6、7、8、9、10、16、17、18、19、20暗条纹的左右条纹数据，右面数据同左面数据一样进行测量。
2、并将牛顿环放入其中,再注入水,使水面没出牛顿平凸透镜上表面，震动牛顿环平凸透镜与平面玻璃，使两者之间的空气被挤出去，擦干牛顿环上下表面水，放到显微镜载物台上。
3、测量水所形成的的牛顿环的相关数据，方法同牛顿环测量空气折射率的方法，读出数据，记录。
（四）实验数据及其计算
1、牛顿环测量空气的折射率
（1）牛顿环测量空气折射率的实验数据记录
表1：
牛顿环测量空气相关数据
环
左1（cm）
左2（cm）
右1（cm）
右2（cm）
20
30.575
30.445
18.580
18.498
19
30.378
30.298
18.645
18.645
18
30.235
30.150
18.975
18.795
17
30.071
29.975
19.050
18.952
16
29.907
29.835
19.188
19.125
10
28.858
28.757
20.271
20.175
9
28.654
28.543
20.468
20.377
8
28.430
28.328
20.700
20.588
7
28.210
28.095
20.931
20.808
6
27.955
27.827
21.154
21.025
（2）逐差法计算空气折射率
左1：
106.241
左2：
106.941
右1：
72.165
右2：
70.627
2、牛顿环测量水的折射率
（1）牛顿环测量水的实验数据记录
表2：
牛顿环测量水的相关数据
环
左1（cm）
左2（cm）
右1（cm）
右2（cm）
20
30.455
30.345
20.352
20.226
19
30.292
30.218
20.579
20.454
18
30.156
30.085
20.731
20.634
17
30.017
29.923
21.032
20.894
16
29.854
29.780
21.291
21.116
10
29.020
28.883
21.695
21.608
9
28.868
28.770
21.897
21.803
8
28.690
28.616
22.135
21.995
7
28.560
28.450
22.348
22.217
6
28.406
28.308
22.575
22.432
（2）逐差法测量水的折射率
左1：
85.673
左2：
86.124
右1：
56.379
右2：
57.424
3、水的折射率的计算
对多组数据求折射率
左1：
=1.240
左2：
=1.231
右1：
=1.280
右2：
=1.230
求平均值得：
1.245
三、误差分析
（一）读数误差。
在实验中，我们采用电子设备读取数据，主要的误差来源于显示仪显示条纹不是十分明显，从而在移动显微镜时叉丝不能十分分明的调到分界线；同时显微镜精确值在0.001mm，从而出现误差。
（二）实验仪器误差。
在移动显微镜叉丝时，条纹和叉丝移动不平行而产生误差。
（三）环境误差。
没有考虑温度对水的折射率的影响这一重要因素。
（四）人为误差。
实验中水应该是蒸馏水，而我们因为条件设限，只能使用自来水，明显使实验数据与真实数据不符，从而产生误差。
四、实验结果及其结论
本次实验的结果是测得水的折射率为1.245，实验结果明显偏小。
但是在选择实验仪器和选择测量方法是采用的比较合理，同时对于其他液体也进行了测量实验，发现蓖麻油在学校实验室无法使用牛顿环测量折射率，主要原因是透明度达不到，平面透镜带上找不到牛顿环；鸡蛋清是可以找到牛顿环，但是明暗相间的条纹不清晰，从而无法读数。
综上所述，在测量水的折射率的实验中水的折射率测量的还是很不错的。
牛顿环测量液体的折射率实验中，在试验方法上采用逐差法进行测量是一种很有效的方法，同时利用空气数据做比对，从而可以得到比较精准的实验数据。
总而言之，利用牛顿环测
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