介质折射率的测定
实验目的：
折射率是表征透光介质折光性能的重要参量，测量物质的折射率无论是在实验学习还是在科研和生产中 , 都有十分重要的意义 . 在大量的光学现象中 ，物质的折射率具有决定性的意义，因此对其测量的方法也比较多 . 本文给出了几种测定光学介质折射率的常用方法，并给出了相应的测量原理 , 对实验技术方面的问题不作具体讨论 .
一、 应用折射定律测定介质的折射率
实验原理：
r i
n sin sin =
当光由第一媒质（折射率n1）射入第二媒质（折射率n2）时，
在平滑界面上，部分光由第一媒质进入第二媒质后即发生折射。入射角i 的正弦和折射角r 的正弦的比值等于折射率。
1.1 测定固体介质的折射率 实验步骤：
如图1,一束光从aa ’面射入透光介质 , 经介质折射后从bb ’面出射,根据折射定律
r i n sin sin =
因此,实验中我们只需测出折射角 r 和反射角i ,或者通过
测量其他量计算出r i
sin sin 的值即为待测介质的折射率.
1.2 利用折射定律测定液体的折射率 实验步骤：
如图2所示,将直尺AB 紧挨着杯壁竖直插入杯中,在刻度尺的对面观察液面,能同时看到刻度尺在液体中的部分和露出夜面的部分;调整视线,直到眼睛从杯子的边缘D 往下看时,刻度尺上端某刻度A
经液面反射后形成的像与看到的
图 1
图 2
刻度尺在液体中的某刻度B 重合.读出O,A,B 所对应的刻度值,量出玻璃杯的直径d,根据几何关系和折射定律,
221sin OC d d CD d +==
∠ 222sin OB d d BD d +=
=∠
2
2222
sin 1
sin OC d OB
d n ++=
∠∠=
二、 应用最小偏向角法
实验原理：
实验步骤：
假设有一束单色平行光LD 入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER 方向射出，则入射光线LD 与出射光线ER 间的夹角
称为偏向角，如图3所示 .
转动三棱镜，改变入射光对光学面AC 的入射角，出射光线的方向ER 也随之改变，即偏向角
发生变化 . 沿偏向角减小的方向继续缓慢
转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置时偏向角达到最小值，测出最小偏向角
. 可以证明棱镜材料的折射率与顶角
及最小偏向角的关系式为
实验中，利用分光镜测出三棱镜的顶角
及最小偏向角
，即可由上式算出棱
镜材料的折射率 n .
3. 应用牛顿环测定液体的折射率
图3 最小偏向角的测定
一个曲率半径相当大的平凸透镜，凸面置于一光学平板玻璃之上，二者之间形成以中心接触点到边缘逐渐增厚的空气薄膜 . 当以平行单色光垂直入射式，入射光将在空气薄膜的上下两个表面反射产生具有一定光程差的两束相干光，并且在空气薄膜上缘面相遇干涉 . 形成以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的干涉圆环，即牛顿环（如下图所示） .
设透镜曲率半径为R ，根据光程差计算，不难得出凸透镜的曲率半径公式为：
λ)(42
2N M D D R N
M --=
其中M D ，
N
D 是第M ，N 个暗环的直径，λ是入射光的波长.显然, 平凸透镜与平板
玻璃之间的间隙中的介质为液体时上面的公式应写为:
λ)(4)''(22N M D D n R N M --=
其中M D ，
N
D 是平凸透镜与平板玻璃的间隙中为介质液体时第M ，N 个暗环的直径，
λ是入射光的波长,n 为液体的折射率.
将两式相除,将空气的折射率近似为1 ,便可得到如下公式:
2222''N M N
M D D D D n --=
因此,只要分别测出空气介质和液体介质的第M 和第N 个暗环的直径 ,便可以根据上式计算得到待测液体的折射率.
4. 应用Brewster 定律测定介质的折射率
自然光经介质的发射折射或吸收后，产生出光波电矢量振动在某一方面具有相对的优势偏振光（如右图所示） .
当自然
图 3
图 4
广以一般入射角射到折射率为n 的介质表面时，其反射光是部分偏振光 ；当自然广以特殊角度i0（即Brewster 角）入射到介质表面时，其反时光就是完全偏振光 . Brewster 角与截至折射率有如下关系:
n
i =0tan
上式就是Brewster 定律 . 在实验中，我们只需测出光经过介质Brewster 角，根据Brewster 定律即可算出介质的折射率 .
5. 应用阿贝折射仪测定折射率
折射仪的基本原理即为折射定律：2211sin n sin n αα=， n1，n2为交界面的两侧的两种介质的折射率，1α为入射角，2α为折射角(如图6) .
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，阿贝折射仪测定折射率是基于测定临界角的原理 . 图7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8所示，明暗分界处即为临界角的位置
.
图7中ABCD 为一折射棱镜，其折射率为n2 . AB 面上面是被测物体 . （透明固体或液体）其折射率为n1，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=
图 6
图 7
图 8
代入（1）式得：
)
sin
cos
cos
(sin
n
)
sin(
n
n
2
2
1
β
β
βΦ
-
Φ
=
-
Φ
=（3）
由（2）式得
i
sin
sin
n2
2
2
2
=
β
推出
2
2
2
2
2
sin
n
cos
n
i
-
=
β
代入（3）式得
sini
cos
i
sin
n
sin
n2
2
2
1
Φ
-
-
Φ
=
棱镜的折射角Φ与折射率n2均已知 . 当测得临界角i时，即可换算的被测物体之折射率n1 .
实验总结：
测定介质折射率的方法,除了以上介绍的几种外 ,还有许多.各种方法各有优点 , 也各有其局限性 , 并且测量精度也不尽相同 . 实验中应采取何种方法 , 需要根据具体情况而定, 以期达到我们所要求的结果 .
实验阿贝折射仪测介质折射率 折射率是透明材料的一个重要光学常数。测定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。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。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3×10-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。 阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。 【实验目的】 1.加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。 2.了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。 3.通过对葡萄糖溶液折射率的测定确定其浓度。 【实验仪器】 WAY阿贝折射仪、标准玻璃块一块，折射率液（溴代萘）一瓶，待测液（自来水，酒精，糖溶液）、滴管、脱脂棉及擦镜纸 【实验原理】 一、仪器描述 阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。 阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。 望远系统。光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。当光线（自然光或白炽灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上
用读数显微镜测透明介质的折射率 折射率是表征介质光学性质的重要参数。对弱磁性介质，其由介质的介电常数及光的波长决定。而介质的介电常数又与其分子结构、原子间化学键形式、成分和均匀性、溶液的浓度、密度、 纯度等有密切关系。对介质折射率的准确测量在光学仪器、化 医疗、工、制糖、乳制品、制药、饮料等诸多领域有重要意义，特别是通 过折射率测量溶液浓度的技术，在上述领域已有广泛应用 [1-4] 。折射率是以光在真空中的传播速度与在介质中的传播速度之比来定义的，但通过直接测量光速来测量折射率难度较大。 因此，测量折射率的方法一般都是间接方法，主要有折射法、干涉法、费涅尔公式法等。其中折射法最为常用，一般借助精密测角仪、棱镜折射仪、阿贝折射仪等，通过对角度的准确测定来实现[3-4] 。这些测量仪器，虽有较高的测量精度，但由于造价高、装置体积大、操作不方便、对测量环境的要求高等因素的影响，对相关的生产和科研工作带来了诸多不便。本文介绍一种用三维读数显微镜，通过测量清晰像的物与物折射成像的位置，测量折射率的方法，可迅速方便地测量透明介质的折射率。通过对BK1 玻璃、纯水、蔗糖溶液的折射率的测定，证明该方法简便、可靠，测量结果的不确定度达到0.001 。由于一般实验室均配备有读数显微镜，所以，该方法具有较高的推广价值。 1.测量原理与测量方法
选择特定颜色的印有小型文字的薄膜贴在读数显微镜载物台上，在显微镜中调出字迹（即物）清晰的像，记录显微镜物镜的位置X1；将待测厚平板玻璃放在载物台上，紧压字迹，调出 字迹清晰的像，记录显微镜物镜的位置X2;在平板玻璃上表面 X3。贴一同样文字，调出字迹清晰的像，记录显微镜物镜的位置由于显微 镜成清晰的像对观察物到物镜的距离有确定要求，则平板玻璃的实际厚度为H = X3-X1 ，视觉厚度h = X3-X2 ，如图1 所示。因为显微镜观察文字时，光线经玻璃上表面折射时的入射角和折射角和都非常小，所以 透明液体折射率的测量方法与平板玻璃类似，先将特定颜色的印有小型文字的薄膜贴在平底容器的内底部，将容器平置于载物台上，在显微镜中调出字迹（即物）清晰的像，记录显微镜物镜的竖直位置XI；向容器中注入一定深度（2-3cm）的待测液体， 调出字迹清晰的像，记录显微镜物镜的竖直位置X2;在液面上 撒些相应颜色的细粉笔末，调出其清晰的像，记录显微镜物镜的竖直位置X3,依据式（1），可算出待测液体的折射率［5］。为 避免液面弯曲对测量结果的影响，容器的孔径应大于6cm。 2.玻璃、纯水、蔗糖溶液折射率的测定与分析 表1列出了依据本文方法用长春第二光学仪器XX公司生产 的JXD型三维读数显微镜，测定的BK1玻璃、纯水以及五种不同浓度蔗糖溶液折射率的测量数据与测量结果，样品的温度为 17.1 C，选用的光色为蓝色，波长范围为450-490nm。表1还列 出了相应折射率的一些文献值。 从表1 可见，依据本文介绍的测量方法，用普通读数显微镜，对 BK1 玻璃和纯水的折射率的测量结果与文献[6] 发布的公认值符合得很好,其误差在不确定度范围以内。根据表1 的测量结果，我们用Origin 6.0 数据分析软件，对蔗糖溶液的折射率与其百分浓度的关系进行了线性拟合,如图2所示。拟合结果为
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
实验二透明介质折射率的测定 折射率是光学材料的重要参数之一，它与材料的温度、湿度、浓度等基本物理量有一定的关系，在科研和生产实际中，常通过测量折射率来获得材料的相关信息．本实验用掠入射法测定液体折射率，用光的折射法测固体折射率． ·实验目的 1．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法； 2．用掠入射法测定液体的折射率； 3．用像的视高法测固体的折射率． ·实验仪器 阿贝折射仪，移测显微 镜，钠灯，玻璃砖，水、 酒精等待测液体． 阿贝折射仪是测量固 体和液体折射率的常用仪 器，测量范围为1.3～1.7，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为0.0003．测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高． 1 8 15 1反光镜；6阿米西棱镜手轮（色散调节手轮）；7色散值刻度圈；8目镜；10棱镜锁紧手柄；11棱镜组；13温度计座；14底座；15折射率刻度调节手轮（转动棱镜）；16校正螺钉；18圆盘组；19小反光镜；20读数镜筒；21望远镜筒 14 6 7 18 19 20 21 10 11 图2-1（a）WZS-1型阿贝折射仪结构图 16 13
1.阿贝折射仪的外部结构 实验用阿贝折射仪的型号有两种：WZS-1型阿贝折射仪结构见图2-1（a ）、2WAJ 型阿贝折射仪结构见图2-1（b ）． 2.阿贝折射仪的光学系统 WZS-1型阿贝折射仪的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统如图2-2所示． 望远系统：光线经反射镜1反射进入照明棱镜2及折射棱镜3，待测液体放置在棱镜 2与3之间，经阿米西消色差棱镜组4抵消由于折射棱镜待测物质所产生的色散，通过物 ) (a 384 5 2 1 7) (b ' 8' 710 119 1312 图2-2 阿贝折射仪光学结构示意图 1反光镜；2棱镜座连接转轴；3遮光板；4恒温器接头；5进光棱镜座；6色散调节手轮；7色散值刻度圈；8目镜；9盖板； 10棱镜锁紧手轮； 11折射标棱镜座； 12照明刻度盘聚光镜； 13温度计座； 14底座； 15折射率刻度调节手轮；16校正螺钉； 17壳体； 16 7 2 17 15 6 14 4 10 11 8 12 9 5 1 13 3 图2-1（b ）2WAJ 型阿贝折射仪结构图
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
空气折射率的测定 〖摘要〗本实验利用分立光学原件在光学平台上搭制迈克尔孙干涉仪和夫琅禾费双缝干涉装置来测定空气的折射率。 〖关键词〗空气折射率；迈克尔孙干涉；夫琅禾费双缝干涉 1引言 介质的折射率是表征介质光学特性的物理量之一，气体折射率与温度和压强有关，。气折射率对各种波长的光都非常接近于1，然而在很多科学研究领域中，仅把空气折射率近似为1远远满足不了科研的要求，所以研究空气折射率的精确测量方法是很必要的。本实验将用迈克耳孙干涉仪（分振幅法）和夫琅禾费双缝干涉（分波前法）2种方法对空气折射率进行测量（参考值为1.000296）。【1】 2 实验原理 ⑴迈克尔逊干涉仪的原理见图1。其中G为平板玻璃，称为分束镜。它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。M1、M2M1、M2镜面与分束镜G均成45°角，M1可以 移动，M2固定。 2 M表示M2对G金属膜的虚像。 从光源S发出的一束光,在分束镜G的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从G反射出后投向M1镜,反射回来再穿过G。光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过G膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2 发生干涉。
量n 与气压的变化量p ?成正比： 1n n p p -?==?常数 所以： 1n n p p ?=+ ? 又可得： 12N P n L p λ=+ ? 上式给出了气压为p 时的空气折射率n 。 1p 变化 到2p 时的条纹变化数n 即可计算压强为p 的空气折射率n 气室内压强不必从0开始。 (2) 用夫琅和费双缝干涉装置测定空气折射率 并分别通过两气室A 、B L2、L3后在屏上形成干涉条纹。当B 室相对于A 室 气压变化ΔP ΔN n 001p T n n p T l λ ?=+ ?
实验二 透明介质折射率的测定 折射率是光学材料的重要参数之一，它与材料的温度、湿度、浓度等基本物理量有一定的关系，在科研和生产实际中，常通过测量折射率来获得材料的相关信息．本实验用掠入射法测定液体折射率，用光的折射法测固体折射率． ·实验目的 1．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法； 2．用掠入射法测定液体的折射率； 3．用像的视高法测固体的折射率． ·实验仪器 阿贝折射仪，移测显微镜，钠灯，玻璃砖，水、酒精等待测液体． 阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器，测量范围为～，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为．测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高． 1.阿贝折射仪的外部结构 1 8 15 1反光镜；6阿米西棱镜手轮（色散调节手轮）；7色散值刻度圈； 8目镜；10棱镜锁紧手柄；11棱镜组；13温度计座；14底座；15折射率刻度调节手轮（转动棱镜）；16校正螺钉；18圆盘组；19小反光镜；20读数镜筒；21望远镜筒 14 6 7 18 19 20 21 10 11 图2-1（a ）WZS-1型阿贝折射仪结构图 16
实验用阿贝折射仪的型号有两种：WZS-1型阿贝折射仪结构见图2-1（a ）、2WAJ 型阿贝折射仪结构见图2-1（b ）． 2.阿贝折射仪的光学系统 WZS-1型阿贝折射仪的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统如图2-2所示． 望远系统：光线经反射镜1反射进入照明棱镜2及折射棱镜3，待测液体放置在棱镜 2与3之间，经阿米西消色差棱镜组4抵消由于折射棱镜待测物质所产生的色散，通过物 镜5将明暗分界线成像于分划 38 4 5 2 1 7' 8' 710 119 1312 1反光镜；2棱镜座连接转轴；3遮光板；4恒温器接头；5进光棱镜座； 6色散调节手轮；7色散值刻度圈；8目镜；9盖板； 10棱镜锁紧手轮； 11折射标棱镜座； 12照明刻度盘聚光镜； 13温度计座； 14底座； 15折射率刻度调节手轮；16校正螺钉； 17壳体； 16 7 2 17 15 6 14 4 10 11 8 12 9 5 1 13 3 图2-1（b ）2WAJ 型阿贝折射仪结构图
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
实验五 用掠射法测定透明介质的折射率 实验目的 １．掌握用掠射法测定液体的折射率。 ２．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法。 实验仪器 分光仪，阿贝折射仪，三棱镜两块，钠灯，水、酒精等待测液体，读数小灯，毛玻璃。 实验原理 １．用掠入射法测定液体折射率 将折射率为n 的待测物质，放在已知折射率为n 1（n ＜n 1）的直角棱镜的折射面AB 上，若以单色的扩展光源照射分界面AB ，则入射 角为π/2的光线Ⅰ将掠射到AB 界面而折射进入三 棱镜内，其折射角i c 应为临界角。从图5—5—1可以看出应满足关系 1sin n n i c = 当光线Ⅰ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?，则 有 φ?sin sin 1n = （5－5－1） 除入射光线Ⅰ外，其他光线如光线Ⅱ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Ⅰ＇的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时， 在视场中将看到以光线Ⅰ＇为分界线的明暗半荫视场，如图5—5—1所示。 当三棱镜的棱镜角A 大于角i c 时，由图5—5—2可以看出，A 、i c 和角φ有如下关系 φ+=c i A （5－5－2） 将（5－5－1）和（5－5－2）式消去i c 和φ。若棱镜角A 等于90度，可得 ?221sin ?=n n （5－5－3） 若棱镜角A 不等于90度，可得 ??sin cos sin sin 221???=A n A n （5－5－4） I II
因此，当直角棱镜的折射率n 1为已知时，测出?角后便可计算出待物质的折射率n 。 上述测定折射率的方法称为掠入射法，是应用全反射原理。 ２．用阿贝折射计测定透明介质的折射率 阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器，同时，还可测量出不同温度时的折射率。测量范围为1.3～1.7，可以 直接读出折射率的值，操作简便，测量 比较准确，精度为0.0003。测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高。 阿贝折射仪也是根据全反射原理设 计的。它有两种工作方式，即透射式和 反射式。阿贝折射仪中的折射棱镜ABC 和照明棱镜A ＇B ＇C ＇都是直角棱镜，由 重火石玻璃制成。照明棱镜的A ＇B ＇面经过磨砂，使透射式测量作漫射光源用。折射棱 镜的BC 面也经过磨砂，供反射式测量作漫反射光源用。 透射式测量光路如图5—5—3（a ）所示。将折射率为n 的待测物质放在折射率为n 1的直角棱镜的斜面上，其棱角为A ，并用光源S 照明。如果介质的折射率n ＜n 1，这时与图5—5—1相同，经棱镜ABC 两次折射后，由AC 面射出的光束，在望远镜视场中将观察到半荫视场，明暗分界线就对应于掠面入射光束，测出AC 面上相应的临界出射角?，即可应用（5－5－4）式计算出n 。 应用阿贝折射仪测定固体折射率时不用照明棱镜。对于加工有两个抛光面的固体样品，则光路可采用如图5—5—3（b ）所示的透射式测量，对于加工只有一个抛光面的固体样品。则可采用图5—5—3（c ）所示的反射式测量。 用光源S （一般为自然光）照亮折射棱镜上的磨砂面BC ，使之成为一个扩展的平面光源，从面上各点发出的光线I 、Ⅱ射抵AB 面上的E 点时，入射角均不相同。其中入射 角大于临界角i C 的，都发生在全反射后再由AC 面射出，同样，在望远镜对准Ⅰ＇观察 时，亦可看到半荫视场，只是明暗分布恰与透射光的视场分布相反，其临界出射角? 255—— 图 3 55——图 n B *
常用晶体及光学玻璃折射率表 注：no、ne分别是晶体双折射现象中的“寻常光”的折射率和“非常光”的折射率。资料来源：华东师大《光学教程》 一般情况下，基础玻璃的折射率为1.5—1.7，而斜锆石的折射率为2.2，锆英石的折 射率为1.94；SnO2可以降低釉熔体的表面张力，且具有较高地折射率（2.09） CR-39即折射率1.499单体 有机高分子化学 日开发出新型热固性树脂 -------------------------------------------------------------------------- ------ 2019-7-28 9:04:29 来源：中国化工网 日前，日本Nitto Denko Corp公司开发出一种折射系数为1.7的芳香族热固性树脂，高于折射率1.56的环氧树脂，且这种树脂的耐热性也比环氧树脂高30％。 该公司称，折射系数的提高是由于在其中添加了二氧化钛、二氧化锆及其它金属氧化 物的纳米级粒子。据介绍，这种树脂主要用途在电器领域，包括用于涂料中可提高白色发 光二极管(LEDs)的发光率和吸光率，液晶显示器(LCDs)和其它显示器的防反射膜，以及在 电荷耦合器件(CCDs)中作为微透镜使其能接受大量光等。 金红石型和锐钛矿型TiO2颜料的平均折射率分别为2.71和2.57，用2.71来计算， 氧化锌颜料的相对密度为5.45 ~ 5.65，吸油度量为10 ~ 25 g/100 g，折射率为 2.03 ~ 2.08。 商业上98%颜料级硫化锌的相对密度为4.0 ~ 4.1，折射率为2.37 三氧化锑颜料的折射率约为2.0， 名称折射率透光范围蒸发温度(℃) 蒸发源应用 三氧化二铝 1.62/550n 200~5000 2000-2200 电子枪增透膜多层膜氟化铈氧化铈 冰晶石氧化铪 1.63/500nm 300~5000 1429 钼，钽，电子枪增透膜、多层膜 2.35/500nm 400~16000 1950 电子枪增透膜 1.33/500nm 250~14000 1000 钼，钽，电子枪增透膜 1.95/500nm 230~7000 2500 电子枪紫外-近红外多层膜
现代光学设计实验（二） 物质折射率测定实验 光学作为一门本科光学专业的必修课，主要以理论知识的形式出现，在诸多具体应用中，也多是仅提出一种方法，具体的应用过程都要进行光电信号的有机结合。本实验的目的即是结合理论基础与实际应用，实现光电的有机结合。 1. 设计要求 本课程是一门以实践为主的综合实验技术科，要求学生在已学过的波动光学、数字电路、模拟电路等相关基础课、专业课和实验课的基础上，提出一套实用的物质折射率测定方案，设计必要的光学系统和硬件电路，完成光电信号的转换，物理信号与硬件电路的有机结合，实现对物质折射率的准确测量。 2. 物质折射率测定原理 2.1 双缝干涉原理 如图1所示，由光源S 发出的光的波阵面同时到达1S 和2S 。通过1S 和2S 的光将发生衍射现象而叠加在一起。由于1S 和2S 是由S 发出的同一波阵面的两部分，所以这种产生光的干涉的方法叫做分波阵面法。 图1 双缝干涉原理 考虑屏上任意一点P ，从1S 和2S 到P 的距离分别为1r 和2r 。由于在图示装置中，从S 到1S 和2S 等远，所以1S 和2S 是两个同相波源。因此在P 处的强度就仅由从1S 和 2S 到P S
点的波程差决定。有图可知，这一波程差为 θ δsin 12d r r ≈-= 式中θ是P 点的角位置，即1S 2 S 的中垂线MO 与MP 之间的夹角。通常θ很小。所 以有： D x d θd θ d r r δ =≈≈-=tan sin 12 产生明纹的条件为： λδk ±= k=0,1,2… 其在屏上的位置为： λ d D k x k ±=± k=0,1,2… 产生暗条纹的条件为： 2 ) 1 2(λ δ+±=k k=0,1,2… 其在屏上的位置为： λ d D k x k 2) 1 2( )12(+±=+± k=0,1,2… 2.2 实用折射率检测系统 当我们在双缝干涉中将一折射率n 厚度为h 的物体放在S1前面时就引入了额外光程差δ?，表现为条纹在屏上发生了位移x ?。只要知道物体的厚度h ，以及条纹的移动距离变可以计算出物体的折射率n 。然而实际测量时，当把待测物体至于S1前时，条纹移动会出现跳变，因此实际上很难得知条纹到底移动了多少距离，而且距离的测量会引入较大误差，测得的折射率结果误差较大，因此引入如图2所示的检测系统： 在S1前放置待测物体W1，其折射率为n1未知，厚度h1。S2前放置一互补楔形物体W2，折射率n2，总体厚度为h2，楔形物W2由机械系统驱动，可以自由滑动，动态改变厚度h2的值。通过调节W2可以使中央0级亮纹始终位于两孔的中垂线上。由两物体光程差的互补可知：
折射率的测定
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； 3-8阿贝折光仪的结构10-色散棱镜手轮；11-色散值刻度 圈；12-折射棱镜琐紧扳手； 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。
实验名称：透明材料折射率测量 仪器与用具：2WAJ型阿贝折射仪、蒸馏水、脱酯棉、无水乙醇、葡萄糖溶液、滴管、螺丝刀等 实验目的： 1、理解全反射原理及其应用，学会使用阿贝折射仪测量折射率； 2、测量无水乙醇的折射率； 3、测量葡萄糖溶液的浓度。 注意：实验报告要书写规范、完整，内容包括实验名称、实验者基本信息、实验仪器与用具、实验目的、实验原理、实验内容与步骤、数据记录与处理、实验结论与分析、思考题、注意事项等。 折射率是透明材料的重要光学常数。本实验应用阿贝折射仪采用建立在全反射原理基础上的掠入射法（全反射法）测量透明物质的折射率。 测量透明材料折射率最常用的方法是最小偏向角法和全反射法，前者具有测量精度高，被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；全反射法属于比较测量,虽然测量准确度较低(大约ΔnD=3×10-4),被测折射率的大小受到限制(nD大约为1.3~1.7),但是全反射法具有操作方便迅速,环境条件要求低,不需要单色光源等优点。 阿贝折射仪就是利用全反射法制成的,专门用于测量透明或半透明液体或固体折射率及平均色散的仪器,它还能测量糖溶液的含糖浓度。它是石油、油脂、制药、制漆、制糖和日用化学工业、地质勘察等有关工矿、学校及科研单位不可缺少的常用设备之一。 通过本实验，学会阿贝折射仪的调整和使用方法；掌握用掠入射法测定物质的折射率；测量酒精的折射率和葡萄糖溶液的浓度。 【实验原理】 应用阿贝折射仪测量物质的折射率的方法是建立在全反射原理基础上的掠入射法。 （认真阅读实验讲义P216~220内容，弄清实验原理和内容） 在阿贝折射仪中，实际上是用转动棱镜的方法去改变i，以适应不同折射率n1值的测量。而读数望远镜中的标尺(分度盘)，则已按(5.1.5)式将出射角i换算成折射率值标出,故现场中的读数即为被测物质的折射率。阿贝折射仪的设计特别考虑了糖溶液的浓度与其折射率的对应关系，将其浓度值在刻度盘上直观地显示出来，可以方便地直接测量糖溶液的浓度。 【实验内容及步骤】 1．了解实验仪器、材料及其用途 2WAJ型号的阿贝折射仪、脱脂棉、蒸馏水、无水乙醇、葡萄糖溶夜、滴管 2．了解注意事项 （1）尽量不要移动阿贝折射仪，确需移动时一定要轻拿轻放，避免振动，防止倾倒，切忌在实验台面上硬拖硬拉！ （2）调整阿贝折射仪的各可调整部分时，要用力适中，细心慢调，不能蛮力调整。 （3）各试剂瓶子与滴管一一对应，不能混用。 （4）对号入座，各组仪器、用品不可混用。 （5）本实验采用老师讲解演示和同学练习同步进行的方式，一定要注意精力集中，提高效率。 3．学习阿贝折射仪的使用 依次学习练习目镜（调焦）、反光板（反光孔）、进光孔、进光棱镜、折射棱镜、棱镜锁定手轮、棱镜转动手轮、阿米西
分光计测透明介质的折射率 一、实验原理与方法 １．测量三棱镜的顶角 三棱镜由两个光学面AB 和AC 及一个毛玻璃面BC 构成。三棱镜的顶角是指AB 与AC 的夹角α，如图5—3—1所示。自准值法就是用自准值望远镜光轴与AB 面垂直，使三棱镜AB 面反射回来的小十字像位于准线mn 中央，由分光仪的度盘和游标盘读出这时望远镜光轴相对于某一个方位' oo 的角位置1θ；再把望远镜转到与三棱镜的 AC 面垂直，由分光仪度盘和游标盘读 出这时望远镜光轴相对于' oo 的方位角2θ，于是望远镜光轴转过的角度为 12θθ?-=，三棱镜顶角为 ?α-?=180 由于分光仪在制造上的原因，主轴可能不在分度盘的圆心上，可能略偏离分度盘圆心。因此望远镜绕过的真实角度与分度盘上反映出来的角度有偏差，这种误差叫偏心差，是一种系统误差。为了消除这种系统误差，分光仪分度盘上设置了相隔?180的两个读数窗口（A 、B 窗口），而望远镜的方位θ由两个读数窗口读数的平均值来决定，而不是由一个窗口来读出，即 2)(111B A θθθ+=，2 )(222B A θθθ+= 于是，望远镜光轴转过的角度为应该是 2 121212B B A A θθθθθθ?-+-=-= 2 1801212B B A A θθθθα-+-- ?= ２．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率 如图5—3—2所示，在三棱镜中，入射光线与出射光线之间的夹角δ的称为棱镜的偏向角，这个偏向角δ与光线的入射角有关 32i i +=α ()()()αδ-+=-+-=413421i i i i i i θ1 θ2 φ 望远镜 望远镜 三棱镜 A B C O ' O 准直法测三棱镜顶角
实验十一 折射率测量 折射率是物质的重要特性参数之一，使人们了解光学玻璃、光纤、光学晶体、液晶、薄膜等材料的光学性能。折射率也是矿物鉴定的重要依据，也是光纤通信、工程塑料新物质和新介质判断依据。测量折射率的方法很多，这里介绍几种主要的实验方法。 练习一 用最小偏向角法测棱镜玻璃折射率 【实验目的】 1．进一步熟悉分光计调节方法； 2．掌握三棱镜顶角，最小偏向角的测量方法。 【实验仪器】 JJY 型分光计、低压钠灯、平面反射镜、等边三棱镜。 【实验原理】 一束平行的单色光，从三棱镜的一个光学面（AB 面）入射，经折射后由另一光学面（AC 面）射出，如图5.11.1所示。入射光和AB 面法线的夹角i 称为入射角，出射光和AC 面法线的夹角i '称为出射角，入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。可以证明，当入射角i 等于出射角i '时，入射光和反射光之间的夹角δ最小，称为最小偏向角m in δ。 由图5.11.1可知)''()(r i r i -+-=δ，当 'i i =时，由折射定律有'r r =，得 )(2min r i -=δ (5.11.1) 又因 A A G r r r =-π-π=-π==+)(2' 所以 = r 2 A (5.11.2) 由式（5.11.1）和式（5.11.2）得 2 min δ+= A i 由折射定律有 ① ② 图5.11.1
2 sin 2sin sin sin min A A r i n δ+== (5.11.3) 由式（5.11.3）可知，只要测出最小偏向角min δ（顶角已知），就可以计算出棱镜玻璃对该波长的折射率。 【实验内容与步骤】 1．正确调整分光计，使其满足实验要求（参阅§3.9） 2．测定玻璃三棱镜对钠光黄光的最小偏向角 如图 5.11.2所示，旋载物台，使一光学面AC 与平行光管入射方向基本上垂直。当一束钠黄单色光从平行光管发出平行光射向三棱镜AB 光学面，经过三棱镜AC 光学面折射出来，望远镜从毛面BC 底边出发，沿着逆时针旋转，会看到清晰的狭缝像，说明找到折射光路。此时转动小平台连同棱镜，观察狭缝像运动 状态，如果向右移动，偏向角δ变小。再转小平台狭缝像会走到一定位置转折，使δ偏大，此转折点即为该光谱线的最小偏向角位置，把望远镜对准这个转折点，记录下来，为m in T 、min 'T 。然后使望远镜对准入射光（平行光管位置），读取方位为0T 与0'T ，则最小偏向角 ]''[2 1 0min 0min min T T T T -+-=δ 3．计算棱镜折射率 光的颜色_______ 波长_______nm ]''[2 1 0min 0min min T T T T -+-=δ 图5.11.2 测最小偏向角示意图
一 用最小偏向角法测棱镜玻璃折射率 【实验目的】 1．进一步熟悉分光计调节方法； 2．掌握三棱镜顶角，最小偏向角的测量方法。 【实验仪器】 JJY 型分光计、低压钠灯、平面反射镜、等边三棱镜。 【实验原理】 一束平行的单色光，从三棱镜的一个光学面（AB 面）入射，经折射后由另一光学面（AC 面）射出，如图5.11.1所示。入射光和AB 面法线的夹角i 称为入射角，出射光和AC 面法线的夹角i '称为出射角，入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。可以证明，当入射角i 等于出射角i '时，入射光和反射光之间的夹角δ最小，称为最小偏向角m in δ。 由图5.11.1可知)''()(r i r i -+-=δ，当'i i =时，由折射定律有'r r =，得 )(2min r i -=δ (5.11.1) 又 因 A A G r r r =-π-π=-π==+)(2' 所以 = r 2 A (5.11.2) 由式（5.11.1）和式（5.11.2）得 2 min δ+= A i 由折射定律有 2 sin 2sin sin sin min A A r i n δ+== (5.11.3) 由式（5.11.3）可知，只要测出最小偏向角min δ（顶角已知），就可以计算出棱镜玻璃对该波长的折射率。 图5.11.2 测最小偏向角示意图 A B C A i i ' r r ' 12δ① ②图5.11.1
【实验内容】 1．正确调整分光计，使其满足实验要求（参阅§3.9） 2．测定玻璃三棱镜对钠光黄光的最小偏向角 如图5.11.2所示，旋载物台，使一光学面AC 与平行光管入射方向基本上垂直。当一束钠黄单色光从平行光管发出平行光射向三棱镜AB 光学面，经过三棱镜AC 光学面折射出来，望远镜从毛面BC 底边出发，沿着逆时针旋转，会看到清晰的狭缝像，说明找到折射光路。此时转动小平台连同棱镜，观察狭缝像运动状态，如果向右移动，偏向角δ变小。再转小平台狭缝像会走到一定位置转折，使δ偏大，此转折点即为该光谱线的最小偏向角位置，把望远镜对准这个转折点，记录下来，为m in T 、min 'T 。然后使望远镜对准入射光（平行光管位置），读取方位为0T 与0'T ，则最小偏向角 ]''[2 1 0min 0min min T T T T -+-=δ 3．计算棱镜折射率 ]''[2 1 0min 0min min T T T T -+-=δ 平均== δ- - n min 4．不确定度计算（绝对不确定度传递公式） min 22min 22)22()( δδ?+???=?n a n a n 5．结果表示 n n n ?±=- 【注意事项】
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/aa14559561.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]
折射率的测定——油浸法 (作者：佚名本信息发布于2008年07月31日，共有1286人浏览) [字体：大中小] 折射率是透明矿物的重要光学常数，精确地测定折射率值，对于鉴定矿物有着重大意义。测定透明矿物折射率值最常用的是油浸法。 一、油浸法原理 油浸法是将矿物碎屑浸没在已知折射率的介质中，比较二者的折射率值，通过不断更换不同折射率介质，以测定矿物的折射率值。常用的浸没介质为液体，称为浸油。对于少数折射率特别高的矿物，液体浸油达不到要求，需用固体介质。测定时将固体介质熔融而与矿物碎屑粘合后，比较二者的折射率值。 油浸法测定折射率。常用的比较方法有以下两种： 1．直照法 此方法是通过观察透明矿物与浸油交界处贝克线(亮带)的移动规律来判断透明矿物的折射率值。提升镜筒，若贝克线向矿物移动，说明矿物的折射率大于浸油；反之，浸油的折射率大于矿物。如果用单色光观察，当矿物的边缘与贝克线消失时，说明矿物的折射率与浸油的折射率相等或近于相等。 用白光做光源，当矿物与浸油的折射率接近相等时，在矿物碎屑边缘看到色散现象。其特点是在矿物边缘镶有两条颜色条带，靠近矿物一侧为橙黄色，靠近浸油一侧呈淡蓝色。稍许提升镜筒，橙黄色条带移向矿物，淡蓝色条带移向浸油。它们移动的速度取决于矿物与浸油折射率的大小。 (1)当橙黄色条带向矿物移动比淡蓝色条带向浸油移动的速度快时，则表示矿物的折射率大于浸油。 (2)当橙黄色条带向矿物移动比淡蓝色条带向浸油移动的速度慢时，则矿物的折射率小于浸油。 (3)当橙黄色条带向矿物移动的速度与淡蓝色条带向浸油移动的速度相等时，则矿物与浸油的折射率相等。 色带形成原理以及提升镜筒时移动规律可作如下解释。 由于浸油和矿物的折射率色散程度不同，一般浸油大于矿物，所以浸油的色散曲线较陡，而矿物的色散曲线较平缓，也就是说浸油的折射率随波长的增加下降得更快(图2-85)。图中的纵坐标代表折射率，横坐标代表波长，F为淡蓝色；D为黄色；C为橙色。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ是五种折射率相邻的浸油的色散曲线，AB为某种矿物的折射率色散曲线。Ⅰ号浸油的折射率在全部波长范围中均显著地高于矿物，两者色散曲线不相交。当用I号浸油比较矿物的折射率时，提升镜筒，贝克线总是移向浸油。Ⅱ号浸油的折射率靠近矿物，二者色散曲线交于B点，而B点处于橙光波长范围内，B点左侧全部波长都是浸油折射率大于矿物。当用Ⅱ号浸油比较矿物的折射率时，矿物边缘可见色带，淡蓝色条带迅速移向浸油，橙色条带缓慢移向矿物。此种情况说明，浸油的折射率大于矿物，当使用波长为656毫微米的光照明时，两者折射率值全等。Ⅲ号浸油的折射率更靠近矿物，二者色散曲线相交于N点。对N点左侧的波长，浸油的折射率大于矿物；对N点右侧的波长，浸油的折射率小于矿物。当用Ⅲ号浸油比较矿物的折射率