测量固体液体折射率.docx

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测量固体液体折射率

测量固体、液体折射率

测量固体和液体折射率

实验报告

一、实验目的与实验仪器

1.实验目的

（1）学会使用读数显微镜测量固体和液体的折射率。

（2）学会使用全反射法测量液体的折射率。

（3）学会使用阿贝尔折射仪测量液体和固体的折射率。

2.实验仪器

读数显微镜、待测折射率玻璃板、涂有红漆的玻璃片、小烧杯、底部涂有红漆标记的玻璃培养皿、全反射法测量液体折射率仪、钠光灯望远镜、阿贝尔折射仪、温度计、银粉、酒精、溴代萘。

二、实验原理

1.用读数显微镜测量液体和固体的折射率

如图，透明介质中某物体S1发出的光经过空气和透明介质界面发生折射，在S2位置成像。

当入射角i1和折射角i2很小时，有

sin

≈tan

=

sin

≈tan

=

由折射定律知

=

=

将空气折射率n2=1带入可得

n1=

式中S3S1为透明介质厚度，S3S2为物体成像距介质表面距离，即像的高度。

2.全反射法测液体折射率

在密封的两玻璃片中间的空气层放入一种液体中，当光通过后在各个面发生折射，由折射定律可以得出：

nLsinα=nGsinβ=nAsini

式中nL、nG、nA分别为液体、玻璃、空气的折射率。

当β足够大时，光线将在由玻璃射入空气时发生全反射，即i=90°，又由于nA=1。

只要测出正好达到全反射状态下的入射角即可计算出到液体的折射率，由折射定律：

nLsinα=nGsinβ=1

即液体折射率nL=

上图便是用全反射法测量液体折射率的装置。

T为望远镜；S为盛待测液体的容器；P为中间有空气的玻璃系统，R为刻度盘。

调节仪器后，转动刻度盘，当望远镜视场中一半明亮一半昏暗时即达到全反射临界角。

3.阿贝折射仪测量固体和液体折射率

如图所示阿贝折射仪原理图，透明介质中光线以入射角α入射到直角玻璃棱镜ABC的AB面，进入棱镜中，再出射到空气中。

由折射定律：

式中nD、nG、nA分别为透明介质、玻璃、空气的折射率。

由几何关系可得：

A=γ+β,取空气折射nA=1，可得：

nD=

当n=90°时，折射角β最大β0（sinβ0=nD/nG），而γ为最小值，导致i为最小值i0，此时上式可写为：

nD=

此时对应的出射角最小，即视场中的明暗分界线正好对应掠射光线。

三、实验步骤

1.用读数显微镜测量水和玻璃的折射率

（1）将涂有红漆标记的玻璃片放置到读数显微镜的载物台上，用钠光灯照亮，并调节读数显微镜的物距使得能够清楚地看到玻璃片上的红漆标记，记下此时读数显微镜的镜筒位置读数S1；

（2）在涂有红漆标记的玻璃片上放上待测折射率的玻璃板（开始时其上不放任何物质），再次调节物距到能够看清玻璃板上的红漆标记，并记下此时读数显微镜的镜筒位置读数S2；（3）在待测玻璃板上放少许银粉，调节物距到能够看清玻璃板上的银粉，记下此时读数显微镜的镜筒位置读数S3；

（4）对S1、S2、S3重复测量几次，玻璃折射率及其误差；

（5）盛水的器皿是一个底部涂有红漆标记的玻璃培养皿，测量方法与上述测量玻璃折射率的方法相同。

2.全反射法测水的折射率

将待测折射率的水注入方形杯S中，钠光从S的一个窗口入射，用望远镜自另一个窗口观察穿过水的光。

转动刻度盘R，使明暗分界线对准望远镜叉丝，记下R上的读数φ1，这时玻璃片在P位置，如右图；在转动玻璃片至P’，使明暗分界线对准叉丝，记下R上的数据φ2由右图可得：

α=

则nL=

3.阿贝折射仪测量水和酒精折射率

（1）测量水和酒精的折射率

打开钠灯，调节望远镜，使目镜的叉丝清晰。

打开棱镜组，在照明棱镜粗糙面上滴几滴水，然后与折射棱镜合并，转动手轮柄使望远镜中的明暗分界线与叉丝交点重合，读出刻度盘上的读数。

取下照明棱镜，擦干净水，涂上酒精，重复上述操作。

（2）测量玻璃的折射率

取下照明棱镜，将待测的玻璃片表面用酒精擦干净，在玻璃片的一面薄薄地涂上一层α-溴代萘，然后沿折射棱镜斜面由下向上推，使玻璃片与折射棱镜紧贴。

加入α-溴代萘目的是使玻璃与棱镜间没有空气，不发生全反射，其对折射角无影响。

调节手轮，读出玻璃折射率。

测量后清洗玻璃和棱镜上的α-溴代萘。

四、数据处理

1.用读数显微镜测量水和玻璃的折射率

（1）玻璃的折射率

1

2

3

平均

S3S1/mm

5.1

4.9

4.9

5.0

S3S2/mm

3.1

3.1

3.0

3.1

折射率

1.61

玻璃的折射率n1=

=

=1.61

s

（S3S1）=

=0.015mm2

U（S3S1）=

=

=0.3mm

s

（S3S2）=

=0.005mm2

U（S3S2）=

=

=0.2mm

=

=

=

=0.088

U（n）=0.088×1.61=0.14

则玻璃的折射率n1=1.61±0.14

（2）水的折射率

1

2

3

S3S1/mm

8.5

7.6

6.7

S3S2/mm

6.4

5.6

5.0

折射率

1.33

1.36

1.34

则室温下水的折射率：

n=

=1.34

查资料得知室温下水的折射率约为1.33，则相对误差：

δ=

×100％=0.75％

2.全反射法测水的折射率

1

2

3

φ1（P位置）

21.8°

21.7°

22.0°

φ2（P’位置）

108.0°

108.4°

108.2°

α=

43.1°

43.4°

43.1°

折射率

1.46

1.46

1.46

则室温下水的折射率：

n=

=1.46

查资料得知室温下水的折射率约为1.33，则相对误差：

δ=

×100％=9.8％

3.阿贝折射仪测量水和酒精折射率

1

2

3

水折射率

1.3356

1.3360

1.3361

酒精折射率

1.3651

1.3649

1.3650

1）则室温下水的折射率：

n=

=1.3359

查资料得知室温下水的折射率约为1.3330，则相对误差：

δ=

×100％=0.22％

2）则室温下酒精的折射率：

n=

=1.3650

查资料得知室温下酒精的折射率约为1.361（只查到三位），则相对误差：

δ=

×100％=0.29％

五、分析讨论

（提示：

分析讨论不少于400字）

1.结果分析

读数显微镜法和阿贝折射仪测出的液体折射率相对误差很小，而全反射法测液体折射率实验中，计算水的折射率误差为9.8%，与实际相差较大。

可能有以下情况造成误差：

①调节时平面法线与望远镜光轴不平行；②望远镜和主轴不垂直；③我们使用的望远镜没有十字分划线，这对判断明暗分界线的位置造成较大困难，引起人眼观察引起的视觉误差以及读数误差。

2.思考题

（1）利用读数显微镜测量玻璃折射率时，玻璃片厚一点还是薄一点好？

答：

玻璃片厚一点好。

因为我们需要计算玻璃片的厚度S3S1和像的高度S3S2，如果玻璃片厚一点，则读数显微镜镜筒移动的距离便会大一些，则出现的误差更小。

（2）读数显微镜镜筒向上调节时，若发现已经过了聚焦点，能否往回拧旋钮重新聚焦？

答：

不行，由于螺旋测量装置的内螺纹与外螺纹之间有间隙,故不同旋转方向所对应的读数必有差别。

因此在使用读数显微镜进行长度测量时应使十字准线沿同一个方向前进，中途不要倒退，从而消除螺距误差。

六、实验结论

1.折射率是物质重要的光学参数之一，在许多领域都有通过折射率计算物质的其他属性，因此掌握折射率的测量方法十分重要；

2.读数显微镜法、全反射法、阿贝折射仪法分别是三种不同的测量固体或液体折射率方法，它们都利用了光在穿越不同介质时会发生折射的原理。

七、原始数据

（要求与提示：

此处将原始数据拍成照片贴图即可）