学校代码10722学号1007014143 分类号G633.7 密级公开
本科毕业设计（论文）
题目: 测量溶液折射率与浓度的关系
作者姓名:张鹏
专业名称: 物理学
学科门类: 理学
指导教师: 李耀宗副教授
提交论文日期:二○一四年四月
成绩等级评定:
摘要
本实验运用掠入射法测量透明液体的折射率。对于同种透明液体而言，在同一温度下其折射率会随浓度的变化而发生变化。本实验通过搜索相关资料，查出食盐在20℃时的浓度与密度的关系，进而配制出相同体积不同浓度的食盐溶液。在所盛放待测液体的底部用红笔做标记，用显微镜分别观察其不放液体，盛放液体其底部及盛放液体时液体表面红色漂浮物最清晰的像的位置多次测量并记录，将折射率的计算由光疏介质进入光密介质时入射角与折射角正弦值的比值转化为成像位置的比值。进而再对蔗糖运用同样的方法，通过软件拟合，可得出透明液体的折射率随浓度的增加而均匀的增加。
本实验的优点在于将传统的测量折射率由在光疏介质进入光密介质时入射角与折射角的正弦值的比值转化为其成像位置差的比值，简单直接。采用同种颜色的标记物，避免色散产生的影响。并且配置相同体积不同浓度的溶液，且进行了多组测量取平均值，降低了由于实验精度不足所引起的误差。不足之处在于标记物的成像位置为间接测量，液体表面张力的存在，降低了实验的精确度。
关键词：测量;溶液;浓度;折射率
1 引言
光从真空射入介质发生折射式，入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值叫做介质的“绝对折射率”。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。本实验研究的是光从空气中射入液体中入射角与折射角正弦之间的比值，即为相对折射率。
透明液体介质折射率的准确测量对于颜色密度差别不大但但折射率变化较大的液体的准确快速的鉴别具有重要的意义。而测量透明液体折射率与其浓度的关系，可通过测量某透明溶液的折射率而简单快捷准确的得出其浓度。
液体介质折射率的测量一般的主要方法有阿贝折射仪测定液体介质的折射率，折射极限法测液体介质的折射率，薄膜干涉法测液体介质的折射率及掠入法测量液体介质折射率等方法。
阿贝折射仪测液体的折射率优点在于只需测定出折射角φ即可求得测定液体的折射率n,但其折射角不易测量，且一般液体的折射率随浓度的变化不是很明显，估此法所引起的误差可能较大。折射极限法测液体的折射率虽然所测光路入射角折射角的变化范围较大，但是需要测出入射角，出射角和三棱镜顶角三组数据，且计算公式较为复杂，因而不可取。薄膜干涉法是向液体表面滴入油滴，用迈克尔干涉仪观测环形条数的移动能较为准确的测量出结果，但是其条纹不易标定，不易观察出条纹具体移动的数目。
本实验所采用的掠入法测液体介质的折射率，将测量入射角折射角的角度转化为测量其像的距离，简单易行，便于进行多组测量取平均值，实验结果较为精确。
2测量原理与测量方法步骤
2·1测量原理
2·2·1显微镜的介绍
1）显微镜的结构光学显微镜简称光镜，是利用光线照明使微小物体形成放大影像的仪器。目前对光学显微镜而言，虽然其因型号的差异外形存在巨大的差异，但其基本的构造和工作原理却是非常相似的。本实验所选显微镜为单目普通学生光学显微镜。一台普通学生光学显微镜主要由机械系统和光学系
统两部分构成，而光学系统则主要包括光源、反光镜、聚光器、物镜和目镜等部件。机械结构包括镜筒，物镜转化器，镜臂，调焦器（粗准焦螺旋和细准焦螺旋），载物台，倾斜关节，镜柱，镜座等结构。
2）显微镜的使用方法
（1）准备将显微镜轻轻地从镜箱中取出（挪动显微镜时应以右手握住镜壁，左手
托住镜座），放置在实验台的偏左侧位置。以镜座的后端离实验台边缘约6～10cm为宜。先检查显微镜的各零部件是否完有损伤。
（2）对光选取适宜倍数的物镜与目镜（本实验以物镜与目镜×10的倍数
为宜）。如若实验室自然光线不足，则打开试验台光源。转动粗准焦螺旋，升高镜筒或者降低载物台。调节物镜转换器，使低倍镜转到工作状态（即对准通光孔），当镜头到达所需位置时，便可听到轻微的扣碰声。
（3）放置将盛放待测液体的空容器，将标记处与物镜的镜头对准，调节粗准焦螺旋降低物镜，当观测到较为清晰的像时继续降低少许，后改为细准焦螺旋升高物镜，直至看到最为清晰的像为止。
（4）重复操作，观测不同样本并记录数据。
（5）将显微镜复原到原位置，整理仪器并装箱。
2）显微镜使用时的注意事项
（1）显微镜光学部分由于结构非常精细，在使用的过程中切勿用手触摸。（2）显微镜的零部件不可随意拆卸。需要更换零部件进行拆卸之后，组装时必须进行校准。
（3）在更换待测溶液时，需要现将目镜转离载物台方可。
（4）因本实验所测之物为溶液，所以在使用时必须保证载物台水平。
（5）向容器中注入液体时，应小心注入并用玻璃棒引流。否则不仅造成溶液浓度的影响，还会造成显微镜载物台被污损。
2·2·2实验测量原理
如右图所示，分别测出目镜看到空容器的底部标记物最清晰的像时载物台与显微镜把柄平台的距离d1，测量容器中移入待测液体时标记处成最清晰的像时载物台与显微镜把柄平台的距离d2以及液体表面标记物成最清晰的像时的距离d3，人在观察液体底部的像时，入射角和折射角分别为α，β。由相对折射率的定义公式
图1-2测量液体折射率实验原理图
由折射率的定义可知，折射率
sin sin n α
β≡
且α'=α,
以及由图可知在入射角很小的时候，可得
d1 d2 d3 O A B α
β
α'
O'
A'
sin sin tan AA AB
ααα'''=≈= sin tan OO AA A O AO
ββ''≈=='' 则 sin sin tan sin sin tan AA AO AB n AA AB
AO
αααβββ'
''==≈==' 由图可知， 31AO d d =- 32AB d d =-
即 3132
d d n d d -=- 2·2测量方法
本实验采用分组测量的方法，将直接测量光线的入射角与折射角角度的大
小转化为测量其像的位置的变化，再进一步转化为显微镜把柄平台分别到载物
台的距离d1，到液体底部的距离d2以及到液面的距离d3，即,31AO d d =-，
32AB d d =-。
并进行五组测量，取每组数据的平均值。代值求结果，利用orange 数据合成软件绘出其拟合曲线及其曲线的线性方程。
2·3测量步骤
1）调试光学显微镜，将目镜与物镜都换成×10的倍数。保持载物台水平。
2）用红笔在将盛放待测透明溶液的容器底部作“十”字形标记，放入载
物台中央，物镜聚焦容器底部标记处。
3）用粗准焦螺旋将物镜下调到尽可能低的位置，用细准焦螺旋逐渐升高
物镜，直至出现最清晰的标记。记录多组数据，选出五组较为接近的读数，整
理求平均值。
4）移开物镜，容量瓶中所配制溶液用玻璃棒引流至标记容器中。物镜聚
焦标记处，用细准焦螺旋螺旋继续升高物镜，观测其最为清晰地像，多次测量并记录数据，选出五组较为接近的读数，整理求平均值。
5）移开物镜，向液面撒入研磨很细的红色粉笔灰。待液面的漂浮物达到静止时，物镜聚焦漂浮物，用细准焦螺旋螺旋继续升高物镜，观测其最为清晰地像，多次测量并记录数据，选出五组较为接近的读数，整理求平均值。
6）重复4）和5)中的操作。
7）将所得数据输入到orange软件中，绘制其线性曲线图像及其函数式。
8）运用同样的方法对配置的蔗糖和酒精溶液进行测量并绘图。
3溶液的配置
3·1查阅溶质的浓度与密度的关系并计算溶质的质量
通过查阅相关资料，得实验在20℃时浓度与密度的关系，并计算50ml实验溶液中溶质的质量，如表2-1所示：
浓
度％
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
密度g/㎝3 1.01
246
1.02
680
1.04
127
1.05
589
1.07
068
1.08
566
1.10
085
1.11
621
1.13
190
1.14
799
溶质质量g 1.01
2
2.05
8
3.12
4
4.22
4
5.35
3
6.51
4
7.70
6
8.92
7
10.1
87
11.4
80
表2-1
查阅相关资料并计算出50ml蔗糖溶液溶液中溶质的质量与密度的关系如表所示
浓
度％
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
密度g/㎝0.99
8234
1.00
6015
1.02
1885
1.02
1855
1.02
9492
1.03
8143
1.04
6462
1.05
4900
1.06
3460
1.07
2147
1.08
0959
3
溶质质量g 0 0.00
8
0.47
3
0.70
9
1.25
1.99
5
2.89
4
3.96
7
5.21
8
6.45
2
8.27
3
表2-2
查阅相关资料并计算出50mL酒精溶液中溶质的体积与密度的关系如表2-3所示
体积
浓
度％
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
密度g/㎝3 0.99
823
0.98
422
0.97
698
0.96
014
0.94
806
0.93
016
0.90
916
0.88
551
0.85
932
0.82
926
0.78
934
溶质
体积
㎝3
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
表2-3
3·2溶液的配制
3·2·1检查。
溶液配制之前检查实验所需的10烧杯，容量瓶，胶头滴管及精度为0.001克的电子秤是否完好。
3·2.2食盐溶液的配制。
1）将实验所需的烧杯分别边上1—10共10组号码。
2）调试放入虑纸的电子秤，由小到大称量所需的10组溶质，倒入相应的编号的烧杯中。
3）向各烧杯中注入30~40ml蒸馏水，用玻璃棒搅拌溶解。至溶质完全或者几乎完全溶解。
4）用玻璃棒引流分别将蒸馏水以及各组溶液移入50ml(20℃)的容量瓶中。用蒸馏水冲洗配制溶液的烧杯，继续移入容量瓶中，重复2~3次。
5）用胶头滴管定容，至距液面2~3mm时双眼平视溶液的凹液面，逐滴滴入，直至是容量瓶中的液体的凹液面与刻度线相切。
6）拧紧容量瓶塞口，摇匀。
7）蔗糖的溶液配制方法与食盐溶液相同。而酒精溶液的配制改称量质量为用量度为0.01ml的滴定管测量酒精的体积。
4溶液折射率的实验测定
4·1测量仪器的选取
普通光学单目学生显微镜，100ml烧杯十一只，胶头滴管，玻璃棒，容积约为80ml且表面光滑的容器一只，精度为0.001g的电子秤，精度为0.01ml 的滴定管等。
4·2实验过程注意事项
4·2·1称量溶质是应注意
1）食盐不能直接放入电子秤上，而应在上放入滤纸，并且放入滤纸后电子称应调零。
2）由于本实验对溶质质量精度要求较高，故应将仪器放入密闭处称量，以减少气流对于称量结果的影响。
3）将滤纸上的食盐移入烧杯时，用手指弹几下，减少因食盐粘入滤纸上引起的误差。
4）配制酒精溶液时，滴定管应直接将酒精滴入容量瓶中。
4·2·2配制溶液时应注意
1)将烧杯中的溶液移入容量瓶时，应用玻璃棒引流。
2）向配制溶液的烧杯中加入少量蒸馏水冲洗，冲洗液继续移入容量瓶中。重复2~3次。
3）用胶头滴管定容，至距液面2~3mm时，逐滴滴入蒸馏水，切勿使凹液
面超过容量瓶的刻度线。胶头滴管滴头应聚容量瓶中的液面较为相近的位置，防止因距离较远导致溶液溅出而影响浓度。
4·2·3测量成像距离时应注意
1）显微镜物镜应先调入最高或者最低位置处，观察容器底部标记物时旋钮应朝同一方向转动，避免因显微镜自身的松动引起的系统误差。
2）分别寻找显微镜测量容器底部，液体底部以及液面所成最清晰的像的位置并进行多次测量并记录数据，去除偶然误差，求出平均值。
3）容器底部标记物的颜色应与液体表面的漂浮标记物颜色相同，避免因色差引起折射率的不准确性。
4）观测漂浮物时应保持实验室窗户关闭，避免因气流导致漂浮物游动而无法定位。
5）用50分度游标卡尺对成像时显微镜镜臂平台与载物台的距离进行测量时，必须保证游标卡尺与载物台垂直，并且每次测量时应在载物台与镜臂平台相同的位置。
4·3实验数据记录结果
用50分度游标卡尺测得显微镜在不同条件下镜臂平台与载物台的距离数据如下表所示
组别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0
d1 (mm) 22.90 22.88 22.86 22.96 22.94 22.90 22.92 22.96 22.98 22.96 22.90 22.88 22.84 22.90 22.92 22.92 22.94 22.92 22.90 22.98 22.98 22.88 22.92 22.90 22.88 22.94 22.96 22.90 22.92 22.94 22.96 22.96 22.86 22.86 22.94 22.92 22.90 22.90 22.92 22.94 22.92 22.94 22.94 22.90 22.90 22.90 22.90 22.90 22.92 22.94 22.90 22.94 22.96 22.98 22.92
d1 22.89 22.89 22.89 22.92 22.93 22.92 22.92 22.93 22.96 22.96 22.89
d2 (mm) 29.90 29.96 30.04 30.14 30.14 30.22 30.28 30.30 30.42 30.44 29.90 29.90 29.96 29.98 30.08 30.18 30.18 30.30 30.34 30.38 30.46 29.84 29.88 29.98 30.00 30.08 30.20 30.22 30.28 30.32 30.38 30.42 29.84
29.88 29.96 30.02 30.10 30.14 30.20 30.24 30.34 30.42 30.42 29.82 d 2
29.89 29.96 30.02 30.11 30.17 30.21 30.27 30.32 30.40 30.44 29.84 d3 (mm) 50.54 50.58 50.60 50.62 50.64 50.66 50.66 50.68 50.72 50.64 50.60 50.52 50.60 50.56 50.60 50.58 50.62 50.72 50.70 50.66 50.66 50.52
50.54 50.56 50.64 50.58 50.66 50.64 50.68 50.72 50.64 50.68 50.58 50.50 50.60 50.56 50.64 50.64 50.62 50.68 50.68 50.68 50.70 50.56 50.56 50.60 50.54 50.62 50.62 50.64 50.64 50.68 50.62 50.70 50.56 d 3
50.53 50.59 50.58 50.61 50.63 50.64 50.68 50.69 50.66 50.68 50.56 d d 23-
20.64 20.63 20.56 20.50 20.46 20.43 20.41 20.37 20.26 20.22 20.72
d d 13-
27.64 27.70 27.69 27.69 27.70 27.72 27.76 27.76 27.70 27.72 27.67
n 1.339 1.343 1.347 1.351 1.354 1.357 1.360 1.363 1.367 1.371 1.335 表3-1 对不同浓度食盐溶液折射率的测量数据
组别 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 d1 (mm) 22.92 22.94 22.90 22.88 22.94 22.96 22.90 22.88 22.92 22.90 22.94 22.88 22.90 22.86 22.92 22.94 22.94 22.92 22.86 22.96 22.94 22.96
22.92 22.92 22.88 22.90 22.92 22.94 22.90 22.90 22.90 22.94 22.92 22.90 22.92 22.84 22.90 22.94 22.96 22.92 22.88 22.90 22.92 22.92 22.92 22.94 22.88 22.88 22.92 22.94 22.92 22.86 22.92 22.90 22.94 d 1
22.91 22.92 22.87 22.90 22.93 22.95 22.91 22.88 22.92 22.92 22.94 d2 (mm) 29.90 29.94 29.92 30.00 30.12 30.18 30.16 30.16 30.40 30.28 29.84 29.88 29.96 29.90 30.02 30.10 30.18 30.14 30.16 30.36 30.30 29.84
29.86 29.96 29.92 30.00 30.08 30.18 30.14 30.16 30.36 30.28 29.86
29.84 29.92 29.94 30.00 30.12 30.18 30.20 30.16 30.40 30.34 29.88 d 2
29.87 29.94 29.92 30.01 30.10 30.17 30.16 30.17 30.38 30.31 29.86 d3 (mm) 50.60 50.64 50.54 50.64 50.60 50.68 50.60 50.56 50.58 50.62 50.62 50.58 50.66 50.58 50.60 50.62 50.72 50.62 50.58 50.60 50.60 50.62
50.56 50.64 50.52 50.62 50.66 50.70 50.62 50.56 50.62 50.58 50.62 50.56 50.64 50.54 50.58 50.62 50.68 50.60 50.58 50.62 50.60 50.64 50.60 50.62 50.56 50.64 50.64 50.62 50.56 50.60 50.62 50.58 50.66 d 3
50.58 50.64 50.55 50.62 50.63 50.68 50.60 50.58 50.61 50.60 50.63 d d 23-
20.71 20.70 20.63 20.61 20.53 20.51 20.44 20.41 20.23 20.29 20.77
d d 13-
27.67 27.72 27.68 27.72 27.70 27.73 27.69 27.70 27.69 27.68 27.69
n 1.336 1.339 1.342 1.345 1.349 1.352 1.355 1.357 1.361 1.364 1.333
表3-2 对不同浓度的蔗糖溶液折射率的测量数据
组别 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 d1 (mm) 22.90 22.94 22.92 22.94 22.88 22.96 22.94 22.90 22.92 22.88 22.94 22.88 22.92 22.90 22.92 22.92 22.90 22.92 22.94 22.90 22.86 22.92
22.88 22.96 22.88 22.92 22.86 22.92 22.96 22.92 22.88 22.90 22.92 22.92 22.96 22.90 22.94 22.88 22.92 22.98 22.94 22.94 22.92 22.94 22.92 22.94
. 22.90 22.92 22.90 22.94 22.94 22.94 22.90 22.88 22.92
d 1
22.90 22.94 22.90 22.93 22.89 22.93 22.95 22.93 22.91 22.89 22.93 d2 (mm) 29.94 30.06 30.06 30.16 30.18 30.24 30.30 30.34 30.36 30.40 29.88 29.98 30.02 30.04 30.14 30.14 30.20 30.32 30.32 30.34 30.38 29.90
29.96 30.04 30.08 30.12 30.14 30.22 30.28 30.32 30.34 30.40 29.92
29.98 30.06 30.04 30.10 30.16 30.28 30.32 30.34 30.36 30.38 29.96 d 2
29.96 30.05 30.06 30.13 30.15 30.24 30.31 30.32 30.36 30.38 29.91 d3 (mm) 50.62 50.68 50.62 50.64 50.58 50.66 50.70 50.64 50.62 50.60 50.64 50.60 50.66 50.64 50.66 50.60 50.64 50.74 50.60 50.64 50.56 50.60
50.62 50.64 50.62 50.64 50.56 50.66 50.66 50.64 50.58 50.56 50.58 50.58 50.66 50.62 50.64 50.62 50.68 50.68 50.64 50.62 50.58 50.66 50.58 50.64 50.60 50.62 50.60 50.62 50.70 50.60 50.60 50.56 50.64 d 3
50.60 50.66 50.62 50.64 50.59 50.65 50.69 50.62 50.61 50.57 50.62 d d 23-
20.66 20.63 20.56 20.51 20.44 20.41 20.38 20.30 20.25 20.19 20.71
d d 13-
27.70 27.72 27.72 27.71 27.70 27.72 27.74 27.69 27.70 27.68 27.71
n
1.341 1.344 1.348 1.351 1.355 1.358 1.361 1.364 1.368 1.371 1.338
表3-3 对不同浓度的酒精溶液折射率的测量数据
5实验结果分析
5·1文献溶液折射率与浓度的理论关系。
搜索相关文献，查得透明溶液的折射率随溶液浓度的均匀增加而均匀增加。其中食盐溶液的浓度与其折射率的关系为
1.33330.00184n c =+
蔗糖溶液的浓度与折射率的关系为
1.33330.00184n =+
酒精溶液的浓度与折射率的关系为
1.33330.00033n c =+
5·2溶液折射率与浓度的实验曲线的拟合
利用orange 数据合成软件，将本实验所得数据输入其中，所得拟合曲线和其
方程如下所示
图4-1 食盐溶液折射率随浓度变化图像
图4-2 蔗糖溶液折射率岁浓度变化图像
图4-3 酒精溶液浓度随折射率变化图像
5·3分析与比较
本实验所测得数据与相关文献数据进行比较，其实验误差为，在2%以内，符合试验所允许的误差的范围之内，说明了本实验模型的正确性，也进一步验证了透明液体浓度与折射率所存在的关系。
为进一步验证本实验的正确性，分别制取取浓度为5%和15%的食盐溶液，利用本实验的线性拟合公式，计算出其折射率分别为1.414和1.492，通过测量计算出折射率分别为1.435和1.432，搜索相关文献，得到其折射率分别为1.392和1.360，与相关数据的误差在2%以内，从这一角度再次印证了本实验方法思路的和理性和正确性。
同理，制取体积分数分别为的酒精溶液和糖度分别为的蔗糖溶液，通过测量蔗糖溶液和酒精溶液并计算得出蔗糖和酒精溶液在5%和15%的浓度时折射率
分别为1.341,1.359,1.339,1.343。利用本实验的线性拟合公式，计算出蔗糖和酒精溶液的浓度分别为1.341,1.360,1.340,1.344.而查阅相关文献，得其折射率分别为1.339,1.358,1.338,1.343，误差均在1%以内。
6结论
本实验为探究性实验，通过配置不同浓度的溶液并测量，利用数据合成软件绘制图像并得到它们之间所存在的透明溶液的折射率随浓度的均匀增加而均匀增加的线性关系。
本实验虽然理论简单，但是对于实验操作机务查出里却有较为严格的要求。其采用传统的掠入射法测量透明液体的折射率，但是在此基础上又有了较大的改进：将传统的对于入射角折射角角度的测量转化为对于成像位置的测量，又将标记物成像位置与液面的距离转化为空容器的底部标记物最清晰的像时载物台与显微镜把柄平台的距离d1与容器中移入待测液体时标记处成最清晰的像时载物台与显微镜把柄平台的距离d2距离差d1-d2,待测溶液的深度转化为d1与液体表面标记物成最清晰的像时的距离d3的距离差d1-d3.因此折射率的求法转化为 )21()31(d d d d n --=
在得出食盐溶液浓度与折射率的关系之后，同理得出酒精溶液和蔗糖溶液浓度与折射率之间的关系。为进一步验证所得结论的准确性，配制某一特定浓度的三种溶液逐一测定折射率，与相关文献的数据进行对比，计算相对误差检测是否在误差允许的范围内，因此本探究性实验更具普遍性。
参考文献
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[13]金清理，黄晓红.阿贝尔折射仪测定介质的折射率[M],杭州:浙江大学出版社，2007:300.
谢辞
充满美好回忆的四年大学生活行将结束。时光如梭，光阴胜金，但我们在这美好又珍贵的四年大学生涯中，获得了我们本该拥有的东西——知识水平的提高，交往能力的拓展，身心发展的成熟，以及学习认知事物本身能力的成熟。这一切的一切，与班主任梅策香老师无时不刻的关怀是离不开的。从开学之初，梅老师在为我们进行入学教育时，就引导我们思考来上大学的目的以及大学期间应该如何提高自己。作为班干部，梅老师定期询问班级的各项事务，细致到每一个人。
对于本论文能够顺利的完成，最为感谢敬爱的李耀宗副教授。李老师在大学期间，曾带过我们《力学》，《热学》与《理论力学》，他优秀的专业素养，为人的谦和恭让，严谨的教学态度，幽默的讲课风格，以及对学生所提问题细致耐心的讲解和义务辅导，无一不令每一名学生所折服！在完成本论文之时，李老师从实验设计所应注意的事项，到实验数据误差的处理，由相关文献资料的搜索，至本实验在传统经典方法之上的创新，无一不凝结李老师的汗水！他的人品，他的学品，再一次得到印证！
还有我的父母，他们为了我的成长操透了心，他们含辛茹苦的将我拉扯大，一直辛苦了二十多年！还有我的同学，我的舍友，我的母校以及教过我们的所有老师，楼管阿姨。因为你们，我的大学生活充满无限色彩！多么希望这四年的大学生活还能长那么一点点。大学生活即将结束，而从大学生活中所得到的各种知识与技能，情感态度价值观才刚刚起步！
再次感谢！谢谢在座的评委老师！谢谢所有关心和感怀过我们的人！
实验二 旋光仪测定溶液的浓度及旋光度 【实验目的】 1、 加深对旋光现象的理解，观察线偏振光通过旋光物质的旋光现象。 2、 掌握旋光仪的构造原理和使用方法。 3、 测定糖溶液的比旋光率及其浓度。 【实验仪器】 4、 1、WXG-4小型旋光仪 5、 2、烧杯 3、蔗糖 4、葡萄糖 5、蒸馏水 6、物理天平 7、玻璃棒 8、温度计 等。 【实验原理】 光是电磁波，它的电场和磁场矢量互相垂直，且又垂直于光的传播方向。通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量与光的传播方向所构成的平面称为振动面。在传播方向垂直的平面内，光矢量可能有各种各样的振动状态，被称为光的偏振态。若光的矢量方向是任意的，且各方向上光矢量大小的时间平均值是相等的，这种光称为自然光。若光 矢量可以采取任何方向，但不同的方向其振幅不同，某一方向振动的振幅最强，而与该方向垂直的方向振动最弱，则称为部分偏振光。若光矢量的方向始终不变，只是其振幅随位相改变，光矢量的末端轨迹是一条直线，则称为线偏振光。 当线偏振光通过某些透明物质（例如糖溶液）后，偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为旋光现象。旋转的角度φ称为旋光度。能使其振动面旋转的物质称为旋光性物质。旋光性物质不仅限于像糖溶液、松节油等液体，还包括石英、朱砂等具有旋光性质的固体。不同的旋光性物质可使偏振光的振动面向不同方向旋转。若面对光源，使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质；使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质。 实验证明，对某一旋光溶液，当入射光的波长给定时，旋光度φ与偏振光通过溶液的长度l 和溶液的浓度c 成正比，即 cl φα= （1） 式中旋光度φ的单位为“度”，偏振光通过溶液的长度l 的单位为dm ，溶液浓度的单位为1 -?ml g 。α为该物质的比旋光率，它在数值上等于偏振光通过单位长度(m)单位浓度(1 -?ml g )的溶液后引起的振动面的旋转角度。其单位为度·ml ·dm-1·g-1由于测量时的温度及所用波长对物质的比旋光率都有影响，因而应当标明测量比旋光率时所用波长及测量时的温度。例如 C A ?505893][ α=66.5°， 它表明在测量温度为50°，所用光源的波长为5893A 时，该旋光物质的比旋光率为66.5°。 若已知某溶液的比旋光率，且测出溶液试管的长度l 和旋光度φ，可根据式1求出待测溶液的浓度，即 []t c l λ φ α= （2）
3.3 折射率的测定 一、实验目的 １．了解测定折射率的原理及阿贝折光仪的基本构造，掌握折光仪的使用方法。 ２．了解测定化合物折射率的意义。 二、实验原理 折射率是物质的物理常数，固体、液体和气体都有折射率。折射率常作为检验原料、溶剂、中间体和最终产物的纯度及鉴定未知样品的依据。 在确定的外界条件（温度、压力）下，光线从一种透明介质进入另一种透明介质时，由于光在两种不同透明介质中的传播速度不同，光传播的方向就要改变，在分界面上发生折射现象。 根据折射定律，折射率是光线入射角的正弦与折射角的正弦之比，即 当光由介质Ａ进入介质Ｂ时，如果介质Ａ对于介质Ｂ是光疏物质，则折射角β必小于入射角α，当入射角为９０°时，ｓｉｎα＝１，这时折射角达到最大，称为临界角，用β０表示。很明显，在一定条件下，β０也是一个常数，它与折射率的关系是 可见，测定临界角β０，就可以得到折射率，这就是阿贝折光仪的基本光学原理，如图3-6所示。 图3-6 光的折射现象图3-7 折光仪在临界角时的目镜视野图 为了测定β０值，阿贝折光仪采用了“半暗半明”的方法，就是让单色光由０～９０°的所有角度从介质A射入介质B，这时介质B中临界角以内的整个区域均有光线通过，因此是明亮的，而临界角以外的全部区域没有光线通过，因此是暗的，明暗两区界线十分清楚。如果在
介质B的上方用一目镜观察，就可以看见一个界线十分清楚的半明半暗视场，如图3-7所示。 因各种液体的折射率不同，要调节入射角始终为９０°，在操作时只需旋转棱镜转动手轮即可。从刻度盘上可直接读出折射率。 实验用品 ＷＡＹ阿贝折光仪１台。乙酸乙酯（Ａ．Ｒ），丙酮（Ａ．Ｒ）。 三、实验操作 １．折光仪的使用方法 熟悉阿贝折光仪的基本结构，其结构如图3-8所示。 1-底座；2-棱镜转动手轮；3-圆盘组（内有刻 度盘）；4-小反射镜； 5-支架；6-读数镜筒；7-目镜；8-望远镜筒； 9-物镜调整镜筒； 10-色散棱镜手轮；11-色散值刻度圈；12-折 3-8阿贝折光仪的结构射棱镜琐紧扳手； 13-折射棱镜组；14-温度计座；15-恒温计接头；16-主轴；17-反射镜 ①将折光仪置于靠近窗户的桌子上或普通照明灯前［１］，但不能曝于直照的日光中。 ②用乳胶管把测量棱镜和辅助棱镜上保温套的进出水口与恒温槽串接起来，装上温度计，恒温温度以折光仪上温度计读数为准［２］。 ③旋开棱镜锁紧扳手，开启辅助棱镜，用镜头纸蘸少量丙酮或乙醚轻轻擦洗上下镜面，风干。滴加数滴待测液于毛镜面上，迅速闭合辅助棱镜，旋紧棱镜锁紧扳手。若试样易挥发，则从加液槽中加入被测试样。 ④调节反射镜，使入射光进入棱镜组，调节测量目镜，从测量望远镜中观察，使视场最亮、最清晰。旋转棱镜转动手轮，使刻度盘标尺的示值最小。 ⑤旋转棱镜转动手轮，使刻度盘标尺上的示值逐渐增大，直至观察到视场中出现彩色光带或黑白临界线为止。 ⑥旋转色散棱镜手轮，使视场中呈现一清晰的明暗临界线。若临界线不在叉形准线交点上，则同时旋转棱镜转动手轮，使临界线明暗清晰且位于叉形准线交点上，如图3-5所示。 ⑦记下刻度盘数值即为待测物质折射率。重复２～３次，取其平均值［３］。并记下阿贝折光仪温度计的读数作为被测液体的温度。 ⑧按操作③擦洗上下镜面，并用干净软布擦净折光仪，妥善复原。
实验题目:表面等离激元共振法测液体折射率实验 预习报告与原始数据见纸质报告。 实验步骤： 1.调整分光计，实验部件安装和线路连接已经完成； 2.传感器中心调整 粗调：将微调座放到载物台上，固定好调节架后，在调节架中心放上准星，调节载物台锁紧螺钉使激光光斑至粗调对准处，不断调节平行光管光轴水平调节螺钉与微调座的两颗微调螺钉，使当游标盘转动一圈时，激光光斑一直照在该处； 细调：调节平行光管光轴高低调节螺钉，使激光光斑射在细调对准处，不断调节平行光管与微调座使当转动游标盘一圈时，激光光斑一直射在该处； 中心调节：继续调节平行光管光轴高低调节螺钉，使激光光斑射在准星顶尖处，再次调节使转动游标盘一圈时，激光光斑一直射在顶尖处。 3.测量前准备调节 中心调节完毕后，移去准星，放入敏感元件，将游标盘和刻度盘调节到合适位置；调整敏感元件使光垂直入射至半圆柱棱镜中的镀金属膜上，拧紧游标盘止动螺钉；转动刻度盘使刻度盘0o对准游标盘0o；拧紧转座与刻度盘止动螺钉，松开游标盘止动螺钉，从此刻开始刻度盘始终保持不动，将游标盘转回至刻度盘所示65o位置处锁定，测量前准备调节完毕。
4.测量读数 保持刻度盘和游标盘不动，转动望远镜支臂，观察功率计读数，记录其中的最大读数；保持刻度盘不动，移动游标盘从66o到88o，入射角没增加1o，记录功率计最大读数。 5.数据表格与数据处理 (1)数据表格自拟； (2)画出相对光强与入射角的关系曲线图； (3)比较不同溶液的共振角有何差异。 实验样本： 本实验采用样本为：纯净水;无水乙醇；水：乙醇=1：1的乙醇溶液。 实验数据： 1.纯净水 角度(°)666768697071 角度(°)72737475767778相对光强243273376480554581641653角度(°)7980818283848586相对光强700705713733741741758765角度(°)8788
本技术公开了一种折射率的检测方法及其折光仪，包括棱镜头、壳体、棱镜、绝热压板、CCD板、接头、散热片、主板以及后盖板，CCD板、CCD传感器、接头和光源均电性连接主板，其折射率检测方法为主板将接收自CCD板传输的光信号转换为光能分布曲线图，根据计算出的动态幅值与初始幅值二次计算得到像素位置，根据事先测量得到的二次标定公式计算出折射率，根据设定的上下限值以及目标值与计算得到的折射率值进行对比，向外发送警报启闭信号、开关启闭信号以及开度信号，该检测方法灵敏度高，该折光仪整体结构紧凑，体积小巧，方便调试拆卸，生产成本与运输成本更低。 权利要求书 1.一种折射率的检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 将折光仪放置在无外在光源的空气中，启动折光仪，折光仪中的光源发出的光线照射到棱镜-空气界面被反射至CCD传感器中，CCD传感器将接收到的光信号发送至主板，主板将其转换为初始光能分布曲线图后计算出初始幅值A，关闭折光仪； 将折光仪安装在流通有待测溶液的管道接口中，开启折光仪，并设定好折射率上限值、折射率下限值以及目标折射率；
折光仪的光源开启，光线经棱镜-待测溶液界面反射至CCD传感器中，CCD传感器将接收 到的光信号发送至主板，主板将其转换为检测光能分布曲线图，计算出动态幅值B，并根据公式，1.0≤K≤2.0，运算得到临界角值C，再将临界角值C转换为像素坐标X值后通过二次标定法得到当前折射率Y值； 当待测溶液折射率高于或低于折射率上限值或折射率下限值时，主板通过接头向外设的警报装置发出警报信号以及向外设的开关组件发送加稀释液或加原液信号，并且对于需要连续补充液体的工况时，主板通过目标折射率与测量得到的折射率之差向外设的开关组件发送开度信号，差值越大开度越大，差值越小开度越小。 2.根据权利要求1所述的一种折射率的检测方法，其特征在于， CCD传感器将接收到的光信号转换成模拟电流信号传输至主板，主板将其进行放大和模数转换后得到光能分布曲线图； 主板根据初始光能分布曲线图和公式计算出初始幅值A，式中，i1为初始光能分布曲线时CCD第1像素的幅值，i2为初始光能分布曲线时CCD第2像素的幅值，in为初始光能分布曲线时CCD第n像素的幅值，n为像素的数量，30≤n≤80； 主板根据检测光能分布曲线图和公式计算出动态幅值B，式中，j2500为检测光能分布曲线时CCD第2500像素的幅值，i2499为检测光能分布曲线时CCD第2499像素的幅值，j2500-m 为检测光能分布曲线时CCD第2500-m像素的幅值，m为像素的数量，30≤m≤80； 主板根据二次标定公式计算出当前折射率 Y值。 3.一种用权利要求1-2任一项所述检测方法的一种折光仪，其特征在于，包括棱镜头，所述棱镜头内设置有棱镜安装槽，所述棱镜安装槽内设置有棱镜，且棱镜头底端对应棱镜开设有检测口，所述棱镜上方设置有绝热压板，所述绝热压板上设置有CCD板，所述CCD板朝下设置有CCD传感器和光源，绝热压板内开设有光线入射通道和光线反射通道，所述光线入射通道上端与所述光源对应，所述光线反射通道上端与所述CCD传感器对应，且所述光线
用旋光法测定糖溶液的浓度 一、简介 许多物质如石英晶体、氯酸钠、糖溶液、松节油等都有旋光性。利用旋光性测定糖溶液浓度的仪器称为旋光糖量计。除了在制糖工业中广泛应用外，在制药工业、药品检测及商品检测部门中也常用来测定一些药物和商品(如可卡因、尼古丁、樟脑等)的浓度。本实验主要是学习理解偏振光的产生和检测方法；观察旋光现象，了解旋光物质的旋光性质；测定糖溶液的旋光率和浓度的关系；熟悉旋光仪的原理和使用方法并学习自己组装旋光仪。 二、实验原理 线偏振光通过某些物质的溶液后，偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象，旋转的角度称为该物质的旋光度。通常用旋光仪来测量物质的旋光度。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件均固定时，旋光度θ与溶液浓度C 呈线性关系，即 C βθ= (1) 上式中，比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度及光的波长等有关，C 为溶液的浓度。 物质的旋光能力用比旋光度即旋光率来度量，旋光率用下式表示： []C l t ?=θαλ (2) 上式中，[]t λα右上角的t 表示实验时温度(单位：o C), λ是指旋光仪采用的单色光源的波长(单位：nm)，θ为测得的旋光度( o )，l 为样品管的长度（单位：dm ），C 为溶液浓度（单位：g/100mL ）。
由(2)式可知：①偏振光的振动面是随着光在旋光物质中向前进行而逐渐旋转的，因而振动面转过角度θ透过的长度l成正比；②振动面转过的角度θ不仅与透过的长度l成正比，而且还与溶液浓度C成正比。 如果已知待测物质浓度C和液柱长度l，只要测出旋光度θ就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度l为固定值，可依次改变溶液的浓度C，就可测得相应旋光度θ。并作旋光度θ与浓度的关系直线，从直线斜率、长度l及溶液浓度C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液的旋光度θ，确定溶液的浓度C。 旋光性物质还有右旋和左旋之分。当面对光射来方向观察，如果振动面按顺时针方向旋转，则称右旋物质；如果振动面向逆时针方向旋转，称左旋物质。表1给出了一些药物在温度t=20o C,偏振光波长为钠 λ589.3nm(相当于太阳光中的D线)时的旋光率。 光≈ 表1某些药物的旋光率(单位：（o）·g-1·cm3·dm-1) 三、实验仪器及装置 实验仪器主要有偏振光旋光实验仪和半荫旋光仪(糖量计)两种类型。本实验中采用偏振光旋光实验仪。 偏振光旋光实验仪的结构如图2所示。它由光具座、带刻度转盘的偏振片2个、样品试管、样品试管调节架、光功率计等组成。
折射率的测量与运用 1、周凯宁，肖宁，陈棋，钟杰，李登峰《3种测量三棱镜折射率方法的对比》实验室研究与探索，第30卷第4期，第22--26页，2011年4月 摘要：为了提高实验效率，并找一种更加简捷的测量三棱镜折射率方法，对垂直底边入射法进行了研究，并和传统的最小偏向角法和全反射法进行了比较。垂直底边入射法让入射光线垂直于三棱镜顶角的临边入射，通过测量出射角度间接测量三棱镜折射率。比较了3种方法操作的简繁程度、测量数据的准确性和结果不确定度。实验结果表明，垂直底边入射法的操作较之传统方法更加简便，数据和最小偏向角法的结果符合很好，数据准确性次于最小偏向角法。最小偏向角法在数据的准确性方面优于其他两种方法．全反射法的不确定度明显高于其他2种测量方法。采用垂直底边入射法可以有效地达到简化测量三棱镜折射率的目的。 2、黄凌雄，赵丹，张戈，王国富，黄呈辉，魏勇，位民《Er ：SGB 晶体主轴折射率测量》人工晶体学报，第35卷第3期，第442--448页，2006年6月 摘要：根据Er ：sbGd(BO ，)，(Er ：sGB)的透过率曲线粗略估计了该晶体的折射率，再利用白准直法，精确测量了30—170℃范围内，O ．4880m μ、O ．6328m μ、1．0640m μ、1．338m μ等波长下Er ：sGB 晶体的主轴折射率，得到seumeier 方程并计算了1319m μ下Er ：sGB 晶体的主轴折射率，与实验测量的结果进行比较，两者的差异不大于2×410-，处在测量误差的范围内，验证了实验结果的可靠性。 3、杨爱玲，张金亮，唐明明，孙步龙《LFI 法测量半透明油的折射率》光子学报，第38卷第3期，第703--704页，2007年 摘要：LFl 方法曾被用来测量大直径光纤的折射率．用一半盛油一半为空气的毛细管代替光纤，并用聚焦的条形光束照射毛细管，空气与油的干涉奈纹同时产生．根据空气的条纹可以确定参数6，根据一组已知折射率的标准样品可确定另一参数f ，同时可以建立标准液体最外条纹的偏折角与折射率的标准曲线．对于未知折射率的样品，一旦测量出其最外条纹的偏折角，从标准曲线上就可以读出其折射率．实测了一组半透明油的折射率，其结果与阿贝折射仪测量结果接近． 4、廖焕霖，罗淑云，王凌霄，彭吉虎，吴伯瑜，沈嘉，高悦广，宋琼《LiNbo 。电光调制器行波电极微波等效折射率的测量》电子与信息学报，第25卷第2期，第284--288页，2003年2月 摘要：LINb03电光调制器器的设计中，行波电射的微波等效折射率是一个重要的参数，该文通过自行设计的微波探针架及探针，采用差值的方法，在微波同络分析仪上对样品CPW 电极的微波等效折射率进行了测量．分析了实测值与理论值的偏差，给出了修正因子，研究了微波等效折射率随频率变化的色散现象，并对这种测量方法进行了误差分析，提出了减小误差的方法。 5、黄凌雄，赵玉伟，张戈+，龚兴红，黄呈辉，魏勇，位民《LYB 晶体主轴折射率测量与评价》光子学报，第37卷第1期，第185--187页，2008年1月 摘要：采用自准直法测量了在30℃～170℃范围内，0．473m μ、0．6328m μ、1．0640m μ、1．338m μ等波长下LYB 晶体的主轴折射率，得到Sellmeier 方程并
大学物理实验设计性实验 实 验 报 告 实验题目： 液体折射率的测定 浙江农林大林 物理实验室 实验日期：2012 年5 月29日 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师：
液体(水)的折射率测定 实验目的： 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 实验仪器 分光仪，钠光灯，毛玻璃，待测液体（水），三棱镜 实验原理： 1.分光仪的调节 （1）目测粗调 目测调节望远镜光轴﹑平行光管光轴﹑载物台平面，三者大致垂直于分光中心旋转轴。目测是重要的一部，是进一步细调的基础，可以缩短调整时间。 （2）望远镜的调焦，使之能接受平行光，调节步骤如下： 1.目测调焦 2.物镜调焦 （3）调节望远镜光轴及载物台面垂直于仪器中心转轴。 2.调节载物台下G2或G3两螺钉之一，使此h 缩短为h ／2，在调节望远镜倾度调节螺钉，使十字反射像与十字叉丝重合。 3.旋转载物台，用“各半”调节法使另一反射面的十字反射像与“上十字叉丝”重合，这需要2，3两步反复调整数次，要细心，耐心。 4.将载物台转动90°后放在载物台，调节载物台下螺钉G1，使十字反射像与上十字叉丝重合。 2.用掠入射法测三棱镜的折射率 掠入射法测三棱镜折射率的原理如图23-1所示。按照图23-1摆好实验仪器，用扩展光钠光灯源（用钠光灯照亮的毛玻璃）照明该棱镜的折射面AB ，用望远镜对棱镜的另一个折射面AC 进行观测。在AB 界面上图中光线a 、b 、c 的入射角依次增大，而c 光线为掠入线（入射角为?90），对应的折射角为临界角，用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1i 和2i 。记下转动望远镜AC 面的法线位置，记下两游标读数3i 和4i ，从而可求光线经过三棱镜的最小出射角i 。在棱镜中再也不可能有折射角大于c i 的光线。在AC 界面上，出射光a 、b 、c 的出射角依次减小，以c 光的入射角为?90,出射角'i 为最小，
评分：大学物理实验设计性实验实验报告 实验题目：液体折射率测定 班级： 姓名：学号： 指导教师：
《液体的折射率测定》实验提要 实验课题及任务 《液体的折射率测定》实验课题任务方案一：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象，当入射击角为某一极值（掠射）时，会产生一特殊的光学现象，能同时看到有折射光和无折射光的现象，就可以实现液体折射率的测量。 学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《液体的折射率测定》的整体方案，内容包括：（写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。 设计要求 ⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解 仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶测量5组数据，。 ⑷应该用什么方法处理数据，说明原因。 ⑸实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。 实验仪器 分光仪、钠光灯、毛玻璃与待测液体 实验提示 掠入射法测介质折射率的原理如图示3-1所示。将待测介质加工成三棱镜，用扩展光源（用钠光灯照光的大毛玻璃）照明该棱镜的折射面AB，用望远镜对棱镜的另一个折射面AC进行观测。在AB界面上图中光线a、b、c的入射角依次增大，而c光线 i。在棱镜中再也不可能有折射角为掠入线（入射角为 90），对应的折射角为临界角 c i的光线。在AC界面上，出射光a、b、c的出射角依次减小，以c光线的出射角大于 c 'i为最小。因此，用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。证
课程论文 题目：对玻璃折射率测定方法的探究 班级：2010级物理学本科班 姓名： 学号： 指导老师： 对玻璃折射率测定方法的探究
摘要：通过不同的方法测定玻璃的折射率，在对实验现象观察的同时，比较不同的方法之间的区别，并将实验结果与真实值比较。 关键词：玻璃，分光计，顶角，偏向角，折射率。 引言：运用钠灯灯光或激光照射玻璃，通过观察折射或反射光的性质来确定玻璃的折射率。 实验方法： （一） 最小偏向角法： 1. 实验仪器与用具：分光计，玻璃三棱镜，钠灯。 2. 实验原理： （1）将待测的光学玻璃制成三棱镜，可用最小偏向角法测其折射率n ．测量原理见图1，光线α代表一束单色平行光，以入射角i 1投射到棱镜的AB 面上，经棱镜两次折射后以i 4角从另一面AC 射出来，成为光线t .经棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线α和出射光线t 延长线的夹角δ来表示，δ称为偏向角．由图1可知δ＝(i 1－i 2)＋(i 4－i 3)＝i 1＋i 4－A ．此式表明，对于给定棱镜,其顶角 A 和折射率n 已定，则偏向角δ随入射角i 1而变，δ是i 1的函数. （2）用微商计算可以证明，当i 1＝i 4或i 2＝i 3时，即入射光线a 和出射光线t 对称地“站在”棱镜两旁时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用δm 表 示.此时，有i 2＝A /2， i 1＝(A ＋δm )/2，故2 2m A A n sin sin δ+=。用分光计测出棱 镜的顶角A 和最小偏向角δm ,由上式可求得棱镜的折射率n ． 3.实验内容： 3.1棱镜角的测定 图1
置光源于准直管的狭缝前，将待测棱镜的折射棱对准准直管，由准直管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。在棱镜的另外两侧分别找到狭缝像与竖直叉丝重合，分别记录此时分光计的读数''1212,,,V V V V ，望远镜的两位置所对应的游标读数之差为棱镜角A 的两倍。 3.2最小偏向角的测定 （1）将待测棱镜放置在棱镜台上，转动望远镜使能清楚地看见钠光经棱镜折射后形成的黄色谱线。 （2）刻度内盘固定。缓慢转动载物台，改变入射角，使谱线往偏向角减小的方向移动，用望远镜跟踪谱线观察。 （3）当载物台转到某一位置，该谱线不再移动，如继续按原方向转动载物台，可看到谱线反而往相反的方向移动，即偏向角变大。该谱线偏向角减小的极限位置即为最小偏向角位置。 （4）反复实验，找出谱线反向移动的确切位置。固定载物台，微动望远镜，使叉丝中间竖线对准谱线中心，记录此时分光计的读数12,V V 。 （5）转动载物台，使光线从待测棱镜的另一光学面入射，转动望远镜至对称位置，使光线向另一侧偏转，同上找出对应谱线的极限位置，相应的游标读数为 ' ' 12V V 和。同一游标左右两次数值之差是最小偏向角的2 倍，即 '' 1122()/4m V V V V δ=-+- 4.实验数据记录 表2：最小偏向角
学校代码10722学号1007014143 分类号G633.7 密级公开 本科毕业设计（论文） 题目: 测量溶液折射率与浓度的关系 作者姓名:张鹏 专业名称: 物理学 学科门类: 理学 指导教师: 李耀宗副教授 提交论文日期:二○一四年四月 成绩等级评定:
摘要 本实验运用掠入射法测量透明液体的折射率。对于同种透明液体而言，在同一温度下其折射率会随浓度的变化而发生变化。本实验通过搜索相关资料，查出食盐在20℃时的浓度与密度的关系，进而配制出相同体积不同浓度的食盐溶液。在所盛放待测液体的底部用红笔做标记，用显微镜分别观察其不放液体，盛放液体其底部及盛放液体时液体表面红色漂浮物最清晰的像的位置多次测量并记录，将折射率的计算由光疏介质进入光密介质时入射角与折射角正弦值的比值转化为成像位置的比值。进而再对蔗糖运用同样的方法，通过软件拟合，可得出透明液体的折射率随浓度的增加而均匀的增加。 本实验的优点在于将传统的测量折射率由在光疏介质进入光密介质时入射角与折射角的正弦值的比值转化为其成像位置差的比值，简单直接。采用同种颜色的标记物，避免色散产生的影响。并且配置相同体积不同浓度的溶液，且进行了多组测量取平均值，降低了由于实验精度不足所引起的误差。不足之处在于标记物的成像位置为间接测量，液体表面张力的存在，降低了实验的精确度。 关键词：测量;溶液;浓度;折射率
1 引言 光从真空射入介质发生折射式，入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值叫做介质的“绝对折射率”。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。本实验研究的是光从空气中射入液体中入射角与折射角正弦之间的比值，即为相对折射率。 透明液体介质折射率的准确测量对于颜色密度差别不大但但折射率变化较大的液体的准确快速的鉴别具有重要的意义。而测量透明液体折射率与其浓度的关系，可通过测量某透明溶液的折射率而简单快捷准确的得出其浓度。 液体介质折射率的测量一般的主要方法有阿贝折射仪测定液体介质的折射率，折射极限法测液体介质的折射率，薄膜干涉法测液体介质的折射率及掠入法测量液体介质折射率等方法。 阿贝折射仪测液体的折射率优点在于只需测定出折射角φ即可求得测定液体的折射率n,但其折射角不易测量，且一般液体的折射率随浓度的变化不是很明显，估此法所引起的误差可能较大。折射极限法测液体的折射率虽然所测光路入射角折射角的变化范围较大，但是需要测出入射角，出射角和三棱镜顶角三组数据，且计算公式较为复杂，因而不可取。薄膜干涉法是向液体表面滴入油滴，用迈克尔干涉仪观测环形条数的移动能较为准确的测量出结果，但是其条纹不易标定，不易观察出条纹具体移动的数目。 本实验所采用的掠入法测液体介质的折射率，将测量入射角折射角的角度转化为测量其像的距离，简单易行，便于进行多组测量取平均值，实验结果较为精确。 2测量原理与测量方法步骤 2·1测量原理 2·2·1显微镜的介绍 1）显微镜的结构光学显微镜简称光镜，是利用光线照明使微小物体形成放大影像的仪器。目前对光学显微镜而言，虽然其因型号的差异外形存在巨大的差异，但其基本的构造和工作原理却是非常相似的。本实验所选显微镜为单目普通学生光学显微镜。一台普通学生光学显微镜主要由机械系统和光学系
实验题目: 表面等离激元共振法测液体折射率实验预习报告与原始数据见纸质报告。 实验步骤： 1.调整分光计，实验部件安装和线路连接已经完成； 2.传感器中心调整 粗调：将微调座放到载物台上，固定好调节架后，在调节架中心放上准星， 调节载物台锁紧螺钉使激光光斑至粗调对准处，不断调节平行光管光轴水平调节螺钉与微调座的两颗微调螺钉，使当游标盘转动一圈时，激光光斑一直照在该处； 细调：调节平行光管光轴高低调节螺钉，使激光光斑射在细调对准处，不断调节平行光管与微调座使当转动游标盘一圈时，激光光斑一直射在该处； 中心调节：继续调节平行光管光轴高低调节螺钉，使激光光斑射在准星顶尖处，再次调节使转动游标盘一圈时，激光光斑一直射在顶尖处。 3.测量前准备调节 中心调节完毕后，移去准星，放入敏感元件，将游标盘和刻度盘调节到合适位置；调整敏感元件使光垂直入射至半圆柱棱镜中的镀金属膜上，拧紧游标盘止动螺钉；转动刻度盘使刻度盘0o对准游标盘0°；拧紧转座与刻度盘止动螺钉，松开游标盘止动螺钉，从此刻开始刻度盘始终保持不动，将游标盘转回至刻度盘所示65o 位置处锁定，测量前准备调节完毕。 4.测量读数 保持刻度盘和游标盘不动，转动望远镜支臂，观察功率计读数，记录其中的最大读数；保持刻度盘不动，移动游标盘从66°到88°,入射角没增加1°，记录功率计最大读数。
5.数据表格与数据处理 (1)数据表格自拟； (2)画出相对光强与入射角的关系曲线图； (3)比较不同溶液的共振角有何差异。 实验样本： 本实验采用样本为：纯净水；无水乙醇；水：乙醇=1: 1的乙醇溶液。 实验数据: 1.纯净水 角度(° ) 87 88 相对光强751 746
折光仪（折射计） 一、定义 折光仪是一种利用折光的原理简便快速测定溶液的折射率（nD）、糖度（Brix）及浓度的光学仪器。 折射率：又名相对折射率，是指光从一种介质射入另一种介质发生折射时，入射角γ的正弦值与折射角β正弦值的比值，是一个物理常数。介质相对真空的折射率叫做绝对折射率。 二、折光仪的产品形态 刻度手持式折射仪：也称糖镜、手持式糖度计。小巧，便于携带，目视读数。 手持数字式折射仪：小巧，便于携带，数显读数。 阿贝折光仪：精度高，操作简便，测量快速，不消耗化学试剂，无化学污染 台式数显折光仪：精度高，操作简便，测量快速
在线折光仪：可进行生产线在线实时监测样品折射率、Brix、各种自定义浓度、温度，确保 生产安全。 三、折光仪的应用 1. 食品饮料行业：测量原料或半成品及成品的Brix或浓度或盐度等，或生产过程中的浓 度在线检测。检测样品如可乐、果汁、茶饮料等各类含糖饮料、果酱、蜂蜜、糖类、糖浆等各类含糖食品、调味品、调味酱或汤羹类、豆奶，植物蛋白等。也适用于蔬菜水果从种植至销售的过程中，它可适用于测定准确的收采时期，作甜度分级分类，可应用于工业与农业生产、科研、政府检验、终端连锁店、大型综合超市、个人饮食健康管理等 2. 香精香料行业：测量折射率用于定性检验与判断纯度 3. 纺织印刷行业：淀粉测定、定形剂测定、有机溶剂浓度监测（DMF，DMSO等）、浆 料的浓度测定 4. 化工行业：各类有机物及无机物浓度测定与监测、清洗液浓度 5. 汽车交通行业：电池液、冷冻液、融雪剂浓度测定，如汽车保养的冷冻液浓度与冷冻温 度测定 6. 金属加工处理：清洗液浓度、切削油浓度，电子工业行业的清洗液浓度监测。 7. 医疗和临床检验：医药原料折射率浓度测定、血红蛋白折射仪，尿比重折射仪，尿糖度， 清洁消毒剂双氧水浓度测定。个人健康管理，如糖尿病人饮食糖度监测，日常生活盐度监测，肾脏病人尿比重监测等。 四、折光仪的原理 生活现象举例： 当一根管子放入装有水的玻璃杯中时，会看到管子发生弯曲。 如果将一根管子放入装有糖水溶液的玻璃杯时，会发现这根管子 弯曲度更大（如图所示）。这就是光的折射的原理。折光仪（折 射计）即是将光的折射原理应用于实际的一种光学测量仪器，即当某 种物质的密度（浓度）增加时（例如糖溶解于水中），其折射率的增大 （即管子的弯曲程度）与之成正比。 折射率的测量通常采用两类检测系统：透射系统或反射系统。 刻度型手持式折射计和阿贝折光仪通常采用透射系统，数字式折射计则采用反射系统。 透射系统 刻度型手持式折光仪的检测系统（透射系统）概述如下：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/5716365929.html, 常用介质折射率测量方法的实验分析 作者：魏连甲 来源：《中国科技博览》2016年第19期 [摘要]介质折射率的精确测量不仅在物理基础实验研究中具有重要作用，而且在材料科学、物质检测、食品检验等领域也具有重要意义。利用最小偏向角法、掠入射法和迈克尔逊干涉仪对介质的折射率进行了测定，通过对三种不同的测量方法实验数据的计算和分析，找出精确测量透明介质折射率的实验方法。 [关键词]折射率迈克尔逊干涉仪介质 中图分类号：TN25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0102-01 1序论 折射率是一种表征介质光学性质的物理量，因此折射率的测定是几何光学中最重要的问题。折射率是用来表征介质材料光学性质的一种重要参数，在生产和科研部门中，往往需要测定物体的折射率。在现实生活中，折射率这个物理量的准确测量是解决实际生产生活中存在的许多问题的重要出发点。 人类的科学研究是在不断前进的，人们发现测定物质的折射率越来越成为一项重要的物理实验，物质折射率测定的方法的好坏直接影响着测量的精度、准确度，于是找到一种既简单又便于操作同时精度高的实验方法成为人们追求的一种趋势。本文即对已知的三种测定物质折射率的方法进行仔细研究分析，总结概括，以期得到对不同介质的理想测量方法。 2 实验原理 2.1 最小偏向角法 单色光经过等边三棱镜两次折射后，用分光计测量其最小偏向角，利用式（1）计算出棱镜材料的折射率[1] （1） 其中棱镜顶角，为偏转角。 2.2 掠入射法 单色光从未知透明介质掠射三棱镜，再由三棱镜另一面折射，通过测量折射光线的出射角，利用式（2）计算出未知透明介质的折射率[2]
步骤： 1、滴定前先将锥形瓶用清水刷洗干净。 2、在刷洗干净的锥形瓶中加入30~50ml蒸馏水。 3、用吸管吸取待测双氧水溶液5ml，并将其完全转移至锥形瓶中。 4、用吸管吸取6N硫酸10ml，并将其完全转移至锥形瓶中。 5、将装有0.1N高锰酸钾溶液的滴定管调零。 6、滴定 观察锥形瓶中的颜色变化，当滴到粉红色不消失时即达到滴定终点。 7、读数计算 正确读取使用的高锰酸钾溶液的体积，用耗用的高锰酸钾溶液毫升数乘以0.34即为双氧水的浓度。 次氯酸钠溶液浓度的测定 步骤： 1、滴定前先将锥形瓶用清水刷洗干净。 2、在刷洗干净的锥形瓶中加入30~50ml蒸馏水。 3、用吸管吸取待测次氯酸钠溶液5ml，并将其完全转移至锥形瓶中。 4、用吸管吸取10%碘化钾溶液15ml，并将其完全转移至锥形瓶中。 5、用吸管吸取6N硫酸10ml，并将其完全转移至锥形瓶中。 6、将装有0.1N硫代硫酸钠的滴定管调零。 7、滴定 观察锥形瓶中的颜色变化，当由深棕色变为淡黄色时，再加入淀粉指示剂4~5滴，继续滴定至蓝色消失即达到滴定终点。 8、读数计算 正确读取使用的硫代硫酸钠溶液的体积，用耗用的硫代硫酸钠毫升数乘以0.7即为有效率的克数。
步骤： 1、滴定前先将锥形瓶用清水刷洗干净。 2、在刷洗干净的锥形瓶中加入30~50ml蒸馏水。 3、用吸管吸取待测保险粉溶液2ml，并将其完全转移至锥形瓶中。 4、用吸管吸取甲醛10ml，并将其完全转移至锥形瓶中。 5、用吸管吸取6N醋酸10ml，并将其完全转移至锥形瓶中。 6、在用滴管在锥形瓶中滴加3~5滴淀粉溶液。 7、将装有0.1N碘液的滴定管调零。 8、滴定 观察锥形瓶中的颜色变化，滴定到蓝色不消失为止。 9、读数计算 正确读取使用的碘溶液的体积，用耗用的碘液毫升数乘以2.2即为保险粉的浓度。 丝光钡值的测定 步骤： 1、分别把同一产品丝光前和丝光后样品布用清水洗一遍并烘干。 2、分别称取上述丝光前和丝光后样布各2g。 3、用剪刀将其分别剪成5mm×5mm的小块，并分别放入两个锥形瓶中。 4、分别向两锥形瓶中加入0.25mol/L的氢氧化钡溶液各30ml。 5、摇动各锥形瓶，使织物小块完全浸入到氢氧化钡溶液中，放置2小时。 6、分别取两烧瓶中的溶液各10ml，用酚酞做指示剂的情况下，分别用0.1mol/L的盐酸进行滴定，准确读取丝光前、后织物浸泡液达到滴定终点时分别消耗的盐酸体积数，分别记为V1和V2。（同酸滴定碱的步骤） 7、取10ml 未经浸泡织物上述氢氧化钡溶液在酚酞作指示剂的情况下，用0.1mol/L的盐酸进行滴定，准确读取达到滴定终点时消耗的盐酸体积，记为V0。（同酸滴定碱的步骤） 8、钡值计算 钡值=【（V0–V2）/（V0–V1）】×100
透明薄片折射率的测定 迈克尔逊干涉仪是用分振幅的方法实现干涉的光学仪器，设计十分巧妙。迈克尔逊发明它后，最初用于著名的以太漂移实验。后来，他又首次用之于系统研究光谱的精细结构以及将镉(Cd)的谱线的波长与国际米原器进行比较。迈克尔逊干涉仪在基本结构和设计思想上给科学工作以重要启迪，为后人研制各种干涉仪打下了基础。迈克尔逊干涉仪在物理学中有十分广泛的应用，如用于研究光源的时间相干性，测量气体、固体的折射率和进行微小长度测量等。 【实验目的】 1. 掌握迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节方法； 2. 熟悉白光的干涉现象 4. 学习一种测量透明薄片折射率的方法。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪，He-Ne 激光器，扩束镜，小孔光阑，透明薄片，白光光源 【实验原理】 一、透明薄片折射率的测量原理 干涉条纹的明暗决定于光程差与波长的关系，用白光光源只有在d=0的附近才能在M 1 和 M 2′交线处看到干涉条纹，这时对各种光的波长来说，其光程差均为2/λ（反射时附加2/λ），故产生直线黑纹，即所谓中央黑纹，两旁有对称分布的彩色条纹。d 稍大时，因对各种不同波长的光满足明暗条纹的条件不同，所产生的干涉条纹明暗互相重叠，结果就显不出条纹来。因而白光光源的彩色干涉条纹只发生在零光程差附近一个极小的范围内，利用这一点可以定出d =0的位置。利用白光的彩色干涉条纹可以测量透明薄片的 图1 透明薄片折射率测定 二、点光源干涉条纹的特点 不论平面镜M 1往哪个方向移动，只要是使距离d 增加，圆条纹都会不断从中心冒出来并扩大，同时条纹会变密变细。反之，如果使距离d 减小，条纹都会缩小并消失在中心处，同时条纹会变疏变粗。这表明0=d （即两臂等长）是一个临界点。当往同一个方向不断地移动1M 时，只要经过这个临界点，看到的现象就会反过来（见图2）。因此，实现点光源的非定域干涉后，最好先把两臂的长度调成有明显差别（0>>d ），避免在移动1M 时不小心通过了临界点，造成不必要的麻烦。 用眼睛观察 M 2
用掠入射法测液体的折射率 班级：学号：姓名：联系方式： 实验时间： 摘要：分光计是一种精确测量入射光和出射光之间偏转角度的典型光学仪器，用测量精度较高的掠入射法测液体的折射率，先测出三棱镜的顶角及其折射率，从而进一步求出液体的折射率。 关键词：分光计、掠入射法、折射率 一、引言： 折射率为一光学常数，是反映透明介质材料光学性质的一个重要参数。在生产和科学研究中往往需要测定一些固体和液体的折射率。测定透明材料折射率的方法很多，最小偏向角法和掠入射法是比较常用的两种方法。最小偏向角法具有测量精度高、所测折射率的大小不受限制等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高、不便快速测量。掠入射法虽然测量精度较底、被测折射率的大小受到限制，对于固体材料也需要制成试件，但是，掠入射法具有操作方便迅速、环境条件要求底等优点。 二、实验任务： 1.调节分光仪使其满足测量条件。 2.用掠入射法测量出透明液体的折射率。 三、实验仪器 JJY型分光仪计一台（本实验不提供平面镜），三棱镜一个，钠灯一个，黑玻璃一块，水槽一个，水。 四、实验原理 1.分光仪的调节 （1）目测粗调目测调节望远镜光轴﹑平行光管光轴﹑载物台平面，三者大致垂直于分光中心旋转轴。 （2）望远镜的调焦，使之能接受平行光，调节步骤如下： ①目测调焦。先通电照明，再旋转目镜调节手轮，调整目镜与分划线相对位置，使叉丝与小十字变清晰为止。 ②物镜调焦。将载物台紧贴台基，置平面镜于台上，使平面镜放置时，与平面与载物台下螺钉G2，G3连线垂直，再使望远镜光轴大致垂直平面镜，再调望远镜倾度调节螺钉，左右转动载物台，使之能看到十字反射像，然后松开调焦锁紧螺母，前后调节目镜镜筒并调节分划板与物镜相对位置，是小十字及其反射镜皆十分清晰为止，最后消除视差—微调目镜系统，眼睛左右移动时，小十字反射像与叉丝无相对位移。
课题2氯化钠溶液浓度的测定实验原理： 氯化钠是无色的电解质溶液，在稀溶液范围内，氯化钠溶液的电导率与其浓度成正比，即氯化钠溶液的浓度越大，电导率越大。 准备五个已知浓度的氯化钠溶液，测其电导率，可作出电导率－浓度图，通过直线回归可得工作曲线。然后测未知氯化钠溶液的电导率，根据工作曲线即可找出对应的浓度值。 实验仪器： CBL系统、TI－83 Plus图形计算器、电导率探头、试管（×5）、吸水纸、电子天平、100毫升容量瓶、10毫升吸量管（×2）、洗耳球、100毫升烧杯（×2）、玻璃棒。实验试剂： 氯化钠晶体、蒸馏水、5毫升未知浓度的氯化钠溶液。 实验步骤： 1. 称取0.585gNaCl晶体，配制成100mL溶液（浓度为0.10mol/L）。 2. 按下表分别在五根试管中配制五个已知浓度的氯化钠溶液： 编号0.10mol/LNaCl溶液（mL）H2O（mL）浓度（mol/L） 1 2 8 0.02 2 4 6 0.04 3 6 4 0.06 4 8 2 0.08 5 10 0 0.10 4. 打开CBL和图形计算器的电源，按计算器上蓝色的APPS 键，选择3:ChemBio，运行ChemBio程序至主菜单“MAIN MENU”。（图1、2、3） 图1 图2
图3 图4 5. 在图形计算器中设置电导率探头。 ?在“MAIN MENU”中选择1:SET UP PROBES。（图4） ?按 1 ENTER 输入电极的数目。（图5） 图5 图6 ?在“SELECT PROBE”菜单中选择6:CONDUCTIVITY。（图6） ?按ENTER 。（图7） ?按 1 ENTER 作为通道的编号。（图8） 图7 图8 ?选择1:USE STORED，用已储存的校准值。（图9） 图9 ?选择5:H 0-20000 MICS为量程，并把电导率探头上的量程开关也调到相应位置。
项目二 油脂中折射率的测定 1实验目的及要求 （1）理解阿贝折光仪测定油脂折射率的原理。 （2）掌握阿贝折光仪的使用和测定方法。 2 测定意义： 油脂的折射率与油脂的组成和结构密切相关，可用来鉴别油脂 的种类和纯度。 油脂中脂肪酸的分子质量越大，不饱和程度越高，其折射率就越大。 油脂中若含有共轭双键和羟基的脂肪酸，其折射率也会偏高。 3 测定原理 （1） 折射现象和折光率 当一束光从一种各向同性的介质m 进入另一种各向同性的介质M 时，不仅光速会发生改变，如果传播方向不垂直于界面，还会发生折射现象，如图1所示。 图1 光在不同介质中的折射 光速在真空中的速度（v 真空）与某一介质中的速度（v 介质）之比定义为该介质的折光率，它等于入射角α与折射角β的正弦之比，即： βαλsin sin v ==介质真空v n t 在测定折光率时，一般光线都是从空气中射入介质中，除精密工作以外，通常都是以空气作为真空标准状态，故常以空气中测得的折光率作为某介质的折光率，即：
β αλsin sin v ==介质空气v n t 物质的折光率随入射光的波长λ、测定时的温度t 及物质的结构等因素而变化，所以，在测定折射率时必须注明所用的光线和温度。 当λ、t 一定时，物质的折光率是一个常数。例如 3611.120=D n 表示入射光波长为钠光D 线（λ=589.3nm ），温度为20℃时，介质的折光率为1.3611。 由于光在任何介质中的速度均小于它在真空中的速度，因此，所有介质的折光率都大于1，即入射角大于折射角。 阿贝尔折光仪测定液体介质折光率的原理 阿贝尔折光仪是根据临界折射现象设计的，如图2所示。 图2 阿贝折光仪的临界折射 入射角 ?=?90i 时，折射角i β最大，称临界折射角。如果从0?到90?（i ?）都有单色光入射，那么从到临界角i β也有折射光。换言之，在临界角i β以内的区域均有光线通过，该区是亮的，而在临界角以外的区域，由于折射光线消失而设有光线通过，故该区是暗的，两区将有一条明暗分界线，有分界线的位置可测出临界角i β。 当i i ββα==?,90时，i i n t ββλsin 1sin 90sin ==? （3） 仪器结构 图（3）是一种典型的阿贝折光仪的结构示意图，图 (4)是它的外形图（辅助棱镜呈开启状态）。