楚雄师范学院
本科生毕业论文
题目：用分光计测量液体的折射率
系（院）：物电系
专业：物理学（师范）
学号：20081041126
学生姓名：郑丽飞
指导教师：向文丽职称：实验师
论文字数：3676
完成日期：2012 年 5 月
教务处印制
楚雄师范学院物电系毕业论文原创性声明
本人郑重声明：呈交的毕业论文“用分光计测量液体的折射率”，是本人在指导教师向文丽老师的指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究所做出帮助的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
本声明的法律结果由本人承担。
毕业论文作者签名：
日期：年月日
目录
摘要 (1)
关键词 (1)
Abstract (2)
Keywords (2)
0引言 (3)
1实验原理 (3)
1.1实验室测量三棱镜折射率的原理 (3)
1.2测量液体折射率的原理 (5)
2实验仪器、材料与方法 (7)
2.1实验仪器与材料 (7)
2.2实验方法 (7)
3数据测量及结果分析 (8)
3.1数据测量 (8)
3.2实验分析与总结 (10)
4参考文献 (11)
5致谢 (12)
用分关计测量液体的折射率
郑丽飞
（楚雄师范学院楚雄675000）
摘要：介绍了一种利用分光计及自制的装满液体的的“空心三棱镜”，采用最小偏向角法[1][2][3]测量了水和无水乙醇的折射率
关键词：分光计测量折射率最小偏向角纯水无水乙醇
Using Spectrometer to Measure the Refractive Index of Liquid
Zheng Lifei
(Chuxiong Normal University , Chuxiong 675000 , China)
Abstract: Introduces a kind of using spectrometer, and homemade filled with liquid "hollow prism", the least Angle to the method for measuring the water and no water ethanol refractive index
Key words:spectrometer , measurement , index of refraction , angle of minimum deviation , pure water ,anhydrous alcohol
引言：折射率是物质的一个基本物理量，它影响到物质的各种特性。在现实生活中经常可以用折射率这个物理量来解决很多实际问题,如:通过食品折射率的测量来判断奶油是否为人造的、通过测量折射率来鉴别金刚石的真伪等等。在光学领域，折射率是表示透明物质折光性能的物理常数。物质折射率的测量也是普通物理实验中的一个重要课题。其中，液体折射率的测量有很多种方法[4]，比如全反射法，用劈尖产生的干涉条纹测量液体的折射率，用阿贝折设计测定液体的折射率，用牛顿环实验装置，通过测量干涉条纹的半径来测量液体折射率[5]，用等厚干涉原理测定液体折射率[6]，用迈克尔逊干涉仪测量液体折射率等方法，本文介绍的是通过分光计采用最小偏向角法测量液体折射率的方法。最小偏向角法具有精度高，所测折射率的大小不受限制等优点。
分光计是一种测量角度的精密仪器，其基本原理是：让光线通过狭缝和聚焦透镜形成一束平行光线，经过光学元件的反射或折射后进入望远镜物镜并成像在望远镜的焦平面上，通过目镜进行观察和测量各种光线的偏转角度，从而得到光学参量例如折射率、波长、色散率、衍射角等。
分光计的读数装置小格与刻度盘上n小格相差n′。
是由刻度盘和游标盘两部分组成。刻度盘分为360°，最小分度是半度（30′），半度以下的角度可以借助游标准确的读出。游标等分为30格，游标的这30小格正好跟刻度盘上的29小格对齐，因此游标上1小格就为29′，游标上1小格与刻度盘上1小格两者之差为1′，也就是分光计最小分度为1′。由此可知游标上n角游标的读法与直游标（如游标卡尺）相似，以游标零线为基准，先读出大数（大于30′的部分），再利用游标读出小数（小于30′的部分），大数跟小数之和即为测量结果。
本文设计了由两块正三角形毛玻璃、一块矩形毛玻璃、两块透明矩形玻璃片构成玻璃三棱镜,借助于常规的分光计和单色平行光源,就可以方便地测量透明液体的折射率。结果表明这种测量装置物理思路清晰、操作简便、重复性好、测量精度高。
1实验原理
1.1实验室测量三棱镜折射率原理
图中AB和AC为三棱镜的光学面，BC为底面（底面为磨砂面）。当单色光射到到面AB
上时，经过棱镜两次折射，光线从另一个面AC 射出。入射光线和入射面法线的夹角α称为入射角，出射光线与出射面的夹角?称为出射角，入射角与出射角的夹角δ称为偏向角。由几何关系可知：
EFD EDF ∠+∠=δ
()(
)β
?βα1
-+-=
因为 ?
=+180'B A ,
A B -=?
180' , （1）
又因为 ?=++1801'ββB ,
1'180ββ--=?B , （2） 由（1）（2）式得
1ββ+=A ,
所以 A -+=?αδ , （3）
对于顶角A 固定的棱镜，实验表明，由实验
可知当改变PD 光线方向时，出射光线'
FP 随之改变方向，偏向角δ也随α而改变。当入射角α等于出射角
?时，偏向角为最小，称之为最小偏向角，用0δ表示。这时，偏向角最小
的光线在镜内平行于等腰棱镜的底边，并对称地进入和射出棱镜，（如图1所示）。 于是（3）式变为
A -=αδ20 ,
2
0A
+=
δα .
又因为 β2=A , 所以 2
A
=β .
依折射定律有
图1 单色光经三棱镜
折射
2
sin
2sin
sin sin 0
A A n δβ
α
+==
（4） 所以，当我们测出三棱镜的的顶角A 以及对某种当色光（本文采用钠黄光）的最小偏向角，代入（4）式便可以算出三棱镜的折射率。
1.2测液体折射率的原理
“液体三棱镜”是由三块一样大小的矩形玻璃和两块正三角形的玻璃粘成的（里面灌满待测液体）。其中，两块透明矩形玻璃构成棱镜的光学面即AB 面和AC 面，一块矩形毛玻璃构成棱镜的底面即BC 面，两块正三角形的毛玻璃用来封住棱镜两头。如图2所示。
把上面的三棱镜换成自制的“液体三棱镜”用同样的方法就可以测出待测液体的折射率。测量用上面方法 制成的“液体三棱镜”中的液体的折射率时，平板光学玻璃对测量结果是没有影响的。其原理如下：
由于“液体三棱镜”的AB 面与AC 面的两块平板玻璃的材料是相同的，且厚度相等，如图3所示，这就是光线通过平板玻璃时的情况，可以得出光线并不偏向，仅有光线的平行位移，而分光计是通过测量的是光线发生折射时的偏转角度来测量折射率的。因此，平板光学玻璃对测
量结果是没有影响的。
如图4所示，就有了E D PD ''，P F F E ''', 这样，入射光线PD 就相当于从空气中直接射到液体里，而出射光线P F '则相当于从液体中直接射到空气中。
另外，还可以这样去分析，根据图4，当光线通过“液体三棱镜”时，发生了四次折射，则有：
1sin sin αα玻璃n = （5）
图
2
图3
光线过平板玻璃的原理
P '
图 4 单色光经“液体三
P '
空
βαsin sin 1液体玻璃n n ='
（6）
11sin sin γβ玻璃液体n n = （7）
?γsin sin 1='
液体n . （8）
其中，α为光线从空气进入玻璃时的入射角，
1α为相应的折射角；
'
1α是光线从玻璃进入液体时的入射角，β是相应的折射角；
1β是光线从液体进入玻璃时的入射角，1γ是相应的折射角； '
1γ是光线从玻璃进入空气时的入射角，?是相应的折射角; 因为 '=11αα ， '
=11γγ , 由（5）（6）式有
βαsin sin 液体n = （9）
由（7）（8）式有
?βsin sin 1=液体n （10） 又因为 1ββ=
,
所以 ?αsin sin = ，?α= .
于是，入射光线PD 与出射光线'
FP 的夹角即为最小偏向角0δ。 因为 E D PD ''，P F F E ''' 所以 '
=00δδ .
若将C B A ''' 视作“液体三棱镜”时， 有 ()1110βγβαδ-+??
? ??-'
=' ,
因为 1ββ+='A ,
所以 A '-+'
='110γαδ , 又因为 11γα='
, 所以 A '-'
='102αδ ,
2
01A '
+=
'δα .
而 2
A '
=
β , 所以 2
sin 2sin sin sin 0
1A A n '+='=
δβα （11） 比较（4）式和（11）式，因A '相当于A ，顾两式是完全一样的，同样说明测量平板玻璃制成的“液体三棱镜”的折射率时，实质相当于测量液体的折射率，即平板玻璃对液体折射率的大小是没有任何影响的。
2 实验仪器、材料与方法
2.1 实验仪器与材料
分光计 钠灯 平面放射镜 液体三棱镜（装水、无水乙醇）
2.2实验方法
1．调节分光计，使之达到调节要求(运用二分之一调节法，使平面镜两面的上的反射像都能达到图5所示结果)。
2．测量“液体三棱镜”的顶角A ，用反射法
（如图6），测量5次取平均值。
将三棱镜置于载物台中央，顶角A 对准平
图 6
图5 分光计的调节结
行光管，并且固定不动。打开狭缝照明灯，通过平行光管产生平行光束，投射到三棱镜的两反射面AB 和AC 上，光束被反射后分别沿1θ和2θ方位射出。设两光线的夹角为φ，则
()
12122
1
R R L L θθθθφ-+-=
（12） 显然，由几何关系可得出顶角：
φ2
1
=A （13）
3．测最小偏向角，测量5次取平均值，再求出相应光波（钠光：nm 3.589=λ）的折射率并作误差计算。
如图7所示，放置“液体三棱镜”， 用钠光灯照亮狭缝。经平行光管出来的的单色钠光已经成为平行光束，此光束经“液体三棱镜”折射而偏转，用望远镜寻找到折射光线，然后慢慢转动载物台（连同“液体三棱镜”）使折射光线向入射光方向偏移（亦即使偏向角逐渐变小），同时使望远镜追踪折射光线，以防折射光线跑出望远镜视场。当载物台转到某一
位置时，偏向角最小。如果仍然沿着原来方向转动载物台，折射光线将反方向回转。此点，就是改“液体三棱镜”对钠光的最小偏向角位置。反复微动载物台及望远镜，找准最小偏向角的位置，记下分光计的两游标所示读数2L θ和2R θ，并固定游标位置，然后取走三棱镜，将望远镜对准平行光管，使狭缝与分化板中心竖直刻线重合（如图8），记下两游标的的读数1
L θ和1
R θ。从而可求出“液体三棱镜”对钠光的最小偏向角：
()
1212
21
0R R L L θθθθδ-+-= （14）
3.数据测量及结果分析
3.1数据测量
（1） 用分光计，采用反射法测的盛满液体的“液体三棱镜”的顶角数据如表1所示：
图7
图8
表1 “液体三棱镜”顶角数据
次 数 AB 面上 AC 面上
φ
φ
A
1
L θ
1
R θ
2
L θ
2
R θ
1 01122'? 5302'? 013'? 7183'? 95118'?
?89.118
?45.59
2 5122'?
0302'?
93'?
2183'?
75118'?
3 3122'? 2302'? 93'? 2183'? 23118'?
4 01122'? 5302'? 013'? 5183'? ?119 5
9122'?
3302'?
93'?
3183'?
?119
因为“空心棱镜”都是一个，只是里面的液体不同，所以这里测得的棱镜的顶角A 为
?45.59，这既是“纯水三棱镜”的顶角又是“无水乙醇三棱镜”的顶角。
（2） 用上述分光计测得“纯水三棱镜”中纯水对钠黄光的最小偏向角的数据如表2所示：
表2 纯水的最小偏向角
次 数 最小偏向角的位置
重合线的位置
水0δ
水0δ
水n
1
L θ
1
R θ
2
L θ
2
R θ
1 24273'? 2593'? 61297'? 21117'? 7223'?
?4067.23
1.3345
2 34273'?
4593'?
31297'?
21117'?
4223'?
3 24273'? 3593'? 21297'? 31117'? 5223'?
4 44273'? 5593'? 21297'? 11117'?
2223'? 5
44273'?
4593'?
41297'? 21117'?
4223'?
3345.12
45.59sin
24067.2345.59sin
2
sin
2
sin 0=+=+=
???A A n 水水δ
%11.03330
.13345
.1-3330.1-==
=
水标
水
水标n n n E
（3） 用上述分光计测得 “无水乙醇三棱镜”中的无水乙醇对钠黄光的最小偏向角数据如
表3所示
表3 无水乙醇的最小偏向角
次 数 最小偏向角的位置
重合线的位置
水0δ
水0δ
水n
1
L θ
1
R θ
2
L θ
2
R θ
1 11272'? 792'? 35297'? 74117'? 1425'?
07.25
1.3645
2 3272'?
392'?
34297'?
74117'?
2425'?
3 9272'? 292'? 15297'? 84117'? 4425'?
4 7272'? 292'? 74297'? 44117'? 1425'? 5
2272'?
492'?
54297'? 54117'?
2425'?
3645.1245.59sin
27.2545.59sin
2
sin
2sin 00=+=+=
??A A n 乙醇乙醇δ %15.03624
.13645
.1-3624.1-==
=
乙醇标
乙醇
乙醇标n n n E
3.2实验分析
此测量方法为测量液体折射率提供了一种简便的方法，将测量结果与标准值比较，两者相差甚小，可见结果是理想的。
这种方法设备简单，在分光计实验基础上，只需自行制作一个“液体三棱镜”即可，操作简单，且误差小。
之前实验室测量的都是透明固体的折射率，实验室没有直接测量液体折射率的方法，本实验利用“液体三棱镜”轻松简便的测出了液体的折射率，为实验室测量液体的折射率提供了新的方法。如果仪器厂制造出顶角为?
60的“空心三棱镜”，实验室加入任何液体便可以
测量出其折射率。
因为透明介质材料的折射率是光波波长的函数，同一种透明介质对不同波长的光有着不同的折射率，复色光经三棱镜折射后，不同波长的光将会产生不同偏向的线光谱。因为纯水、无水乙醇的折射率较一般玻璃的折射率要小，因此在测量其最小偏向角时，各色线光谱靠的会比较近，这会给测量某线光谱的最小偏向角时带来困难，这就要求分光计调节得更细致，尤其是平行光管的狭缝要更细锐清晰。
60虽然不会影响实验的结果，但应该尽可另外，制作“液体三棱镜”时，顶角是否为?
60，否则肯能会给实验结果造成较大的误差。
能把它制成?
参考文献：
[1] 姚启钧 .光学教程第四版[M].高等教育出版社，2008.6:156-157
[2] 刘仁明 .光学实验讲义[M].2010.2:15-20
[3] 李明溪 .最小偏向角法测量液体折射率[J].华南师范大学学报（自然科学版），2000.5：117-121
[4] 钟菊花，顾懿 .测定液体折射率的分光计方法[J].物理实验，1995，15（1）：10-11
[5] 王玉平 .用牛顿环产生的干涉条纹测量液体的折射率[J].大学物理，2001（10）
[6] 曾凡光，笑富男 .用等厚干涉测定液体折射率[J].大学物理，1977,16（5）：24-25
致谢
大学四年的学习时光接近尾声，在此我想对我的母校，我的老师、同学，我的父母、亲人们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学四年学习的默默支持，感谢我的母校楚雄师范学院给了我在大学四年学习的机会，感谢物电系的老师和同学四年来的关心和鼓励。老师们课堂上激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我充满了感动。
这次毕业论文的设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师向文丽老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我最先做的就是向向老师寻求帮助，而向老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。我做毕业论文的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，实验仪器的准备，仪器系统的调节，实验数据的处理，到中期论文的修改，后期论文格式的调整等各个环节中都给了我悉心的指导。这几个月以来，向老师不仅在学业上给我精心的指导，同时还在思想上给我无微不至的关怀，在此谨向向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
同时，感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的几位同学，和曾经在各个方面给予我帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢。
实验设计说明书题目：利用超声光栅测液体中的声速 院部：理工科基础教学部 专业班级：物理学（创新实验班）1班 学生姓名：某某某 学号：41106XXX 实验日期： 2013年5月21日
超声光栅测液体中的声速 人耳能听到的声波，其频率在16Hz 到20kHz 范围内。超过20Hz 的机械波称为超声波。光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。 一、实验目的 （1）学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。 （2）测定超声波在液体中的传播速度。 （3）了解超声波的产生方法。 二、 仪器用具 分光计，超声光栅盒，高频振荡器，数字频率计，纳米灯。 三、 实验原理 将某些材料（如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等）的晶体沿一定方向切割成晶片，在其表面上加以交流电压，在交变电场作用下，晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动，这种特性称为晶体的反压电效应。把具有反压电效应的晶片置于液体介质中，当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时，晶片的振动会向周围介质传播出去，就得到了最强的超声波。 正文： 光声效应的发现无疑是物理学两大分支的又一次融合，利用超声光栅测量液体中的声速就是这一物理现象的应用。此次实验的仪器包括超声光栅池、超声仪、分光计、测微目镜以及光源。 由于声波是纵波，所以当超声波在液体（本实验用的是水）传播时，声波的振动会引起液体密度空间分布的周期性变化（如右图），进而导致液体的折射率亦呈周期性分布（如右图）。如果在某一时间t 0，液体密度的空间函数为： ()0s 02sin x t x π ρρρωλ??=+?- ? ?? ? ① 其中，0ρ是液体的静态密度，ρ?是密度的变化幅度，s ω是超声波的角频率，λ是超声波长，x 是超声波的传播方向，也是密度变化的空间方向；此时，折射率 的空间函数为：()0s 02sin n x n n t x πωλ? ?=+?-? ?? ?②，其中0n 为液体的静态折射率
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
利用牛顿环测液体的折射率 实验者：姜晨彬 同组实验者：朱欣 指导教师：夏老师 （A09港航 090304134 655162） 【摘要】本文结合牛顿环干涉原理测量空气折射率的方法，阐述了测量液体折射率的实验原理，并研究出了具体的测量方法，最后对水的折射率进行了测量，并得出了较为准确的测量结果。 【关键词】牛顿环 空气 蒸馏水 干涉 折射率 一、引言 牛顿环是一种典型的等厚薄膜干涉现象，能充分显示光的波动性。本文通过研究对比空气和水在牛顿环里发生的干涉现象，更新了液体折射率的测试方法，使牛顿环的应用更加丰富，开拓了物理实验的新视野。 二、设计原理 当以波长为x 的钠黄光垂直照射到平凸透镜上时，由液体膜上，下表面反射光的光程差以及干涉相消。 即暗纹条件： )1......)(2,1,0(2/)12(2/2=+=+=n n ne λλδ 式中e 为某一暗纹中心，所在处的液体膜厚度，k 为干涉级次。 利用图中的几何关系，可得：R r e 2/2 = (r 为条纹半径），代入（1）式，有 ......)2,1,0(2/)12(2//2=+=+=n n R nr λλδ （2） 则暗纹半径......)2,1,0(/==n k nR r k λ （3） 若取暗纹观察，则第m ，k 级对应的暗环半径的平方 n mR r m /2 λ= （4） k nR r n /2 λ= （5） 两式相减得平凸透镜的曲率半径)/()(2 2n m n r r R n m --= （6） 观察牛顿环时我们也将会发现牛顿环中心由于形变，灰尘，水等的影响，中心不是一点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。目因而圆心不易确定。故常取暗环的直径替换。进而有 λ)(4/)(2 2n m n D D R n m --= （7） 同理对于空气膜。则有λ)(4/2 '2'n m D D R n m --= （8） 式（7）与式（8）相比，可得：)/()(2 22'2'n m n m D D D D n --= （9） 由（9）式可知，只要测出同一装置（相同的平凸透镜和平面的玻璃板）下的空气膜和液体膜的条纹直径，即可求出液体的折射率。
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，
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
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
分光计实验报告 【实验目的】 1、了解分光计的结构和工作原理 2、掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。 3、学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率 【实验仪器】 分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。 【实验原理】 1、调整分光计： (1)调整望远镜： ａ目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。 ｂ调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。 ｃ调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。 (2)调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将出射平行光。 2、三棱镜最小偏向角原理 介质的折射率可以用很多方法测定，在分光计上 用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可以达到较高的 精度。这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。如 果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中 间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进 行测量。 当平行的单色光，入射到三棱镜的AB面，经折射 后由另一面AC射出，如图7.1.2-8所示。入射光线LD 和AB面法线的夹角i称为入射角，出射光ER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，当光线对称通过三棱镜，即入射角i0等于出射角i0’时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δmin。由图7.1.2-8可知： δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2） A=r+r’（6-3） 可得：δ=（i+i’）-A （6-4）
三棱镜顶角A 是固定的，δ随i 和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i 而变化，所以偏向角 δ仅是i 的函数．在实验中可观察到，当i 变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角． 令 0=di d δ ，由式(6-4)得 1' -=di di （6-5） 再利用式（6-3）和折射定律 ,sin sin r n i = 'sin 'sin r n i = （6-6） 得到 r n i i r n di dr dr dr dr di di di cos cos )1('cos 'cos ''''? -?=??= ' 'csc csc 'sin 1cos sin 1'cos 2 2 2 2222 2 22r tg n r r tg n r r n r r n r --= --- = ' )1(1)1(12 2 22r tg n r tg n -+-+- = (6-7) 由式（6-5）可得：')1(1)1(12222r tg n r tg n -+=-+ 'tgr tgr = 因为r 和r’都小于90°，所以有r =r ’ 代入式（5）可得i =i'。 因此，偏向角δ取极小值极值的条件为： r =r ’ 或 i =i' （6-8） 显然，这时单色光线对称通过三棱镜，最小偏向角为δmin ，这时由式（6-4）可得： δmin =2i –A )(21 min A i += δ 由式（6-3）可得： A =2r 2 A r = 由折射定律式（6-6），可得三棱镜对该单色光的折射率n 为 2 sin )(21 sin sin sin min A A r i n += =δ （6-9） 由式（6-9）可知，只要测出三棱镜顶角A 和对该波长的入射光的最小偏向角δmin ，就可以计算出三棱镜玻璃对该波长的入射光的折射率。顶角A 和对该波长的最小偏向角δmin 用分光计测定。 折射率是光波波长的函数，对棱镜来说，随着波长的增大，折射率n 则减少，如果是复色光入射，由于三棱镜的作用，入射光中不同颜色的光射出时将沿不同的方向传播，这就是棱镜的色散现象。 【实验内容】
牛顿环测液体折射率实 验报告 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
利用牛顿环测液体的折射率 【摘要】本文结合牛顿环干涉原理测量空气折射率的方法，阐述了测量液体折射率的实验原理，并研究出了具体的测量方法，最后对水的折射率进行了测量，并得出了较为准确的测量结果。 一、实验目的： 牛顿环是一种典型的等厚薄膜干涉现象，能充分显示光的波动性。本文通过研究对比空气和水在牛顿环里发生的干涉现象，更新了液体折射率的测试方法，使牛顿环的应用更加丰富，开拓了物理实验的新视野。 二、设计原理 当以波长为x 的钠黄光垂直照射到平凸透镜上时，由液体膜上，下表面反射光的光程差以及干涉相消。 即暗纹条件： 式中e 为某一暗纹中心，所在处的液体膜厚度，k 为干涉级次。 利用图中的几何关系，可得：R r e 2/2= (r 为条纹半径），代入（1）式，有 ......)2,1,0(2/)12(2//2=+=+=n n R nr λλδ （2） 则暗纹半径......)2,1,0(/==n k nR r k λ （3） 若取暗纹观察，则第m ，k 级对应的暗环半径的平方 n mR r m /2λ= （4） k nR r n /2λ= （5） 两式相减得平凸透镜的曲率半径)/()(22n m n r r R n m --= （6）
观察牛顿环时我们也将会发现牛顿环中心由于形变，灰尘，水等的影响，中心不是一点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。目因而圆心不易确定。故常取暗环的直径替 换。进而有λ)(4/)(22n m n D D R n m --= （7） 同理对于空气膜。则有λ)(4/2'2'n m D D R n m --= （8） 式（7）与式（8）相比，可得：)/()(222'2'n m n m D D D D n --= （9） 由（9）式可知，只要测出同一装置（相同的平凸透镜和平面的玻璃板）下的空气膜和液体膜的条纹直径，即可求出液体的折射率。 三、设计方案 1.调整实验装置 将牛顿环装置放在毛玻璃上。点燃钠光灯，调节显微镜前面的透光反射镜的角度，与水平面成045的角度，这样从目镜中看到明亮的光场旋转目镜旋钮，使分化板上的十字线位于目镜的交线上，即从目镜中看到清晰地十字线。缓慢转动手轮，使显微镜自下而上缓慢上移，直到从目镜中看到清晰地干涉图样，并使相与交叉丝无视差。略微移动牛顿环装置，使显微镜十字叉丝位于牛顿环中心。 2.实验操作 将牛顿环装置的凸透镜和平板玻璃拆开，用滴管在平板玻璃上滴一层待测液体，然后压上凸透镜。由于液体有表面张力，能够充满凸透镜和平板玻璃之间的空间。则现在凸透镜和平板玻璃之间形成了液体膜。将此装置放到显微镜的载物台上，调节手轮，使显微镜由低到高缓慢移动，直至在目镜中看到清晰地干涉条纹为止。由于液体膜压得不会很均匀。故在视场中的某个地方会出现一小块空气膜，其干涉花样如上面右图所示。 四、实验结果与分析 数据记录
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 用分光计测棱镜玻璃的折射率 教 学 目 的 1、使学生了解分光计的结构和原理，学会调节和使用分光计的方法。 2、使学生掌握测量棱镜顶角和最小偏向角的方法。 3、用最小偏向角法计算棱镜玻璃的折射率。 重 难 点 1、分光计的调节 2、最小偏向角的测量 教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合 学 时 4个学时 一、前言 分光计是一种精确测量光线偏转角度的光学仪器，常用来测量广波的波长、棱镜 的色散率等。分光计比较精密，调整部件较多，是一种具有代表性的基本光学仪器， 熟练掌握分光计的调整和使用，对一般光学仪器具有普遍的参考和指导作用。 折射率是介质材料光学性质的重要参量，测量的方法也很多，本实验通过测量三 棱镜的顶角和最小偏向角来求出棱镜玻璃的折射率。 二、实验仪器 JJY 型分光计，6.3V/220V 变压器，手持照明放大镜，双面镜、三棱镜、低压汞 灯及电源。 三、实验原理 三棱镜是分光仪器中的色散元件，其主截面是等腰三 角形，如图1所示，光线以入射角1i 投射到棱镜AB 面 上，经棱镜两次折射后，以2i 角从AC 面射出，出射光 线与入射光线的夹角δ称为偏向角。δ的大小随入射角1i 而改变。可以证明，当12i i =时，偏向角为极小值min δ称为棱镜的最小偏向角。它与棱镜的顶角 A 和折射率n 之间有如下关系： 四、实验内容及步骤 图1 光线在三棱镜中的折射
1、调节分光计 （１）调节的要求 分光计的调节要达到“三垂直”的几何要求和“三聚焦”的物理要求。“三垂直”是 指载物台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。“三聚 焦”是指叉丝对目镜聚焦，即在目镜中能看到清晰的叉丝的像；望远镜对无穷远聚焦 即平面镜返回清晰的绿十字的像；狭缝对平行光管物镜聚焦，即在望远镜中看到清晰 的狭缝像。 （２）调节的步骤 ①参照图２，简要的介绍分光计的基本构造以及各部件的功能和调节方法。 ②目测粗调“三垂直”。 ③调叉丝对目镜聚焦。打开电源，让 照明小灯照亮望远镜视场。旋转目镜 同时眼睛从目镜中观察，直至看到叉 丝变清晰，此时叉丝正好位于目镜的 焦平面上。 ④调望远镜对无穷远聚焦。 ⑤调望远镜的主光轴与分光计主轴垂直。 ⑥调载物台平面与分光计主轴垂直。 ⑦狭缝对平行光管的物镜聚焦。 ⑧调平行光管主光轴与分光计主轴垂直。 ２、调节三棱镜的两个光学面平行于分光计主轴 将三棱镜放置于载物台上，使其每一个角对准一个调平螺钉，并使其非光学面对准平 行光管。采用“二分法”反复调节，直至AB 、AC 两面返回的绿十字像与调节用的 叉丝重合，此时棱镜的两光学面就平行于分光计主轴。 3、用自准法测三棱镜的顶角。 4、测量三棱镜的最小偏向角min δ。 五、数据表格及数据处理 入射光波长：546.1nm λ= 分光计分度值：'1 图2 分光计 1－物镜 2－分划板 3－目镜 4－小棱镜 5－小电珠 图3 自准自目镜
报告编号：LX-FS-A51476 《测定三棱镜折射率》物理实验报 告标准范本 The Stage T asks Completed According T o The Plan Reflect The Basic Situation In The Work And The Lessons Learned In The Work, So As T o Obtain Further Guidance From The Superior. 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑
《测定三棱镜折射率》物理实验报 告标准范本 使用说明：本报告资料适用于按计划完成的阶段任务而进行的，反映工作中的基本情况、工作中取得的经验教训、存在的问题以及今后工作设想的汇报，以取得上级的进一步指导作用。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 【实验目的】 利用分光计测定玻璃三棱镜的折射率； 【实验仪器】 分光计，玻璃三棱镜，钠光灯。 【实验原理】 最小偏向角法是测定三棱镜折射率的基本方法之一，如图10所示，三角形ABC表示玻璃三棱镜的横截面，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角a称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。假设某一波长的光线LD入射到
棱镜的AB面上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射线LD与出射线ER的夹角称为偏向角。 【实验内容与步骤】 1．调节分光计 按实验24一1中的要求与步骤调整好分光计。 2．调整平行光管 (1)去掉双面反射镜，打开钠光灯光源。 (2)打开狭缝，松开狭缝锁紧螺丝3。从望远镜中观察，同时前后移动狭缝装置2，直至狭缝成像清晰为止。然后调整狭缝宽度为1毫米左右（用狭缝宽度调节手轮1调节）。 (3)调节平行光管的倾斜度。将狭缝转至水平，调节平行光管光轴仰角调节螺丝29，使狭缝像与望远镜分划板的中心横线重合。然后将狭缝转至竖直方向，使之与分划板十字刻度线的竖线重合，并无视
用掠入射法测液体折射率 班级 学号 姓名 联系方式 实验时间 摘要： 本文采用类似阿贝折射仪中的掠入法测液体折射率原理，通过分光计望远镜可观察到由光线掠入射造成的明显的半明半暗视野以此测量90度入射液体并通过三棱镜的光线的偏转角并由此得到液体折射率。 关键字：掠入射法 分光计 液体折射率 引言： 在食品、化工、医药等生产部门,生产过程中经常要检测液体的浓度,大多数液体的折射率和浓度有一定的关系。液体折射率常用阿贝折射计进行测量, 虽阿贝折射计测量精度高但必须有专门仪器，本实验利用分光计及三棱镜等实验室常见仪器采用类似原理进行测量，仪器普通、测量简捷、准确度较高在学习，研究与生产方面均具有一定的意义 实验任务： 复习分光计的调节方法 学习用掠入射法测液体折射率。 实验仪器： 分光计 钠灯 三棱镜 毛玻璃 待测液体 实验原理： 测量液体折射率之前我们必须先测出使用的三棱镜的顶角及折射率，再测量液体的折射率，两者折射率测量原理大体相似，三棱镜的顶角测量在基本物理实验中已经做过，测出不再赘述，首先介绍三棱镜折射率的测量原理，掠入射法测三棱镜折射率的原理如图21所示。如图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
实验一 阿贝折光仪测液体物质折射率 折射率是物质的重要光学常数之一，能借以了解物质的光学性能、纯度、及浓度大小等．在分光计的使用实验中将给出固体（玻璃）折射率的测定方法，本实验采用阿贝折光仪测定液体折射率． 实 验 目 的 (1) 学习用掠入射法测量液体折射率的原理； (2) 了解阿贝折光仪的结构和工作原理，学会使用该仪器测量液体的折射率． 实 验 仪 器 阿贝折光仪，滴管，蒸馏水，无水酒精，少许脱脂棉，待测液体（水）． 实 验 原 理 光线从光密介质进入 光疏介质，入射角小于折射 角．逐渐加大入射角，可使 折射角达到90?．折射角等 于90?时的入射角称为临界 角．反过来，若光线自光疏 介质进入光密介质，入射角 大于折射角．当光线以90? 角入射(掠射)时仍有光线 进入光密介质，此时的折射 角亦为临界角．本实验测量折射率的原理及阿贝折射 计的工作原理，就是基于测 定临界角的原理． 1 1 掠入射法测量液体的折射率 如图1.3所示，在一折射棱镜的AB 面上充满了折射率为n 1的液体，棱镜的折射率n 2> n 1．若以单色的扩展光源照射分界面AB 时， 从图1.3可看出：入射角为90?的光线1将掠射到AB 界面而折射进入三棱镜内．显然，光线1经折射面AB 后的折射角i '正如发生全反射时 的临界角，因而满足 21 sin n n i ='
（1.1） 当掠入射光线1经折射到A Ｃ面，再经折射而进入空气时，设在AC 面上的入射角为ψ，折射角为φ，则有 ψ?sin sin 2n = （1.２） 除掠入射光线1外，其它光线如光线2在AB 面上的入射角均小于90?，因此经三棱镜折射，最后从AC 面折射进入空气时，都在光线i '的左侧．由于入射角i 不可能比90?大，因而在三棱镜内不可能出现比临界角i '大的光线，即AC 面上出射的光线中，没有比φ角小的折射光线，故称φ为极限角．当用望远镜对准AC 面观察时，视场中将看到明暗两部分，其分界线就是i =90?的掠入射引起的极限角方向． 由图1.3中的光路图可知：三棱镜的棱镜角A 与角i '及角ψ有如下关系： ψ+'=i A ， 即 ψ-='A i ． （1.3） 应用式（1.3），并从式（1.1）和式（1.2）中消去i '和ψ后可得 ??sin cos sin sin ?--=A n A n 2221 ． （1.4） 如果棱镜角A =90°，则 ?2221sin -=n n ． （1.5） 因此，当直角三棱镜的折射率n 2为已知时，测出φ角后即可计算出待 测液体的折射率n 1．上述测定折射率的方 法即为掠入射法． ２ 阿贝折光仪的测量原理及仪器结构 阿贝折光仪是测量透明、半透明液体 或固体折射率的常用仪器．国产的阿贝计 的测量范围为 1.3000~1.7000（精度为 ±0.0002）．若该仪器接上恒温器，则可测 定温度为0℃~70℃内的折射率n ． 阿贝折光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．本实验只要求采用透射式方法测量透 明液体的折射率．透射式测量光路如图所 示． 将折射率为n 的待测液体放置在折射
实验二十 分光计的调整和三棱镜折射率的测定 【实验目的】 1．了解分光计的结构,掌握调节和使用分光计的方法。 2．了解测定棱镜顶角的方法。 3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。 【实验器材】 分光计、钠灯、三棱镜、双面平面镜。 【实验原理】 分光计是一种常用的光学仪器，实际上就是一种精密的测角仪，在几何光学实验中，主要用来测定棱镜角、光束的偏向角等，而在物理光学实验中，加上分光元件（棱镜、光栅）即可作为分光仪器，用来观察、测量光谱线的波长等。下面以学生型分光计（JJY 型）为例，说明它的结构、工作原理和调节方法。 一、分光计的结构 分光计主要由底座、望远镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分组 成，每部分均有特定的调节螺钉，图5-11-1为JJY 型 分光计的结构外型图。 1．分光计的底座要求平稳而坚实。在底座的中央固定着中心轴，望远镜、刻度盘和游标内盘套在中心轴上，可以绕中心轴旋转。 2．平行光管固定在底座的立柱上，它是用来产生平行光的。其一端装有消色差的汇聚透镜，另一端装有狭缝的圆筒，狭缝的宽度根据需要可在0.02～2 图5-11-1 分光计 1-狭缝装置 2-狭缝装置锁紧螺钉 3-平行光管 4-制动架（一） 5-载物台 6-载物台调节螺钉（3只） 7-载物台锁紧螺钉 8-望远镜 9-目镜锁紧螺钉 10-分划板 11-目镜调节手轮 12-望远镜仰角调节螺钉 13-望远镜水平调节螺钉 14-望远镜微调螺钉 15-转座与刻度盘制动螺钉 16-望远镜制动螺钉 17-制动架（二） 18-底座 19-转座 20-刻度盘 21-游标盘 22-游标盘微调螺钉 23-游标盘制动螺钉 24-平行光管水平调节螺钉 25-平行光管仰角调节螺钉 26-狭缝宽度调节手轮
实验报告：测量玻璃折射率 高二（ ）班 姓名： 座号： 【实验目的】 1、明确测定玻璃砖的折射原理 2、知道测定玻璃砖的折射率的操作步骤 3、会进行实验数据的处理和误差分析 【实验原理】 如图所示，要确定通过玻璃砖的折射光线，通过插针法找出跟入射光线AO 对应的出射光线O 1B ，就能求出折射光线OO 1和折射角θ2， 再根据折射定律就可算出玻璃的折射率n=2 1 sin sin θθ。 【实验器材】 平木板、 白纸、 玻璃砖1块、 大头针4枚、 图钉4个、 量角器（或三角板或直尺）、 铅笔 【实验步骤】 1、把白纸用图钉钉在木板上。 2、在白纸上画一条直线ad 作为玻璃砖的上界面，画一条线段AO 作为入射光线，并过O 点 画出界面ad 的法线NN 1。 3、把长方形的玻璃砖放在白纸上，使他的一个长边ad 跟严格对齐，并画出玻璃砖的另一个 长边bc.。 4、在AO 线段上竖直插上两枚大头针P 1P 2. 5、在玻璃砖的ad 一侧再插上大头针P 3，调整眼睛观察的视线，要使P 3 恰好能挡住P 1P 2在 玻璃中的虚像。 6、用同样的方法在玻璃砖的bc 一侧再插上大头针P 4，使P 4能同时挡住P 3本身和P 1P 2的虚 像。 7、记下P 3、P 4的位置，移去玻璃砖和大头针。过P 3、P 4引直线O 1B 与bc 交于O 1点，连接 OO 1，OO 1就是入射光线AO 在玻璃砖内的折射光线的方向。入射角θ1=∠AON ，折射角θ2=∠O 1ON 1 8、用量角器量出入射角θ1和折射角θ2。查出入射角和折射角的正弦值，记录在表格里。
9、改变入射角θ1，重复上述步骤。记录5组数据，求出几次实验中测得的 2 1 sin sin θθ的平均值，就是玻璃的折射率。 【注意事项】 1、用手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的毛面或棱，不能触摸光洁的光学面，严禁把玻璃砖 当尺子画玻璃砖的另一边bc 。 2、实验过程中，玻璃砖在纸上的位置不可移动． 3、玻璃砖要选用宽度较大的，宜在5厘米以上，若宽度过小，则测量折射角度值的相对误差 增大；用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面； 4、入射角i 应在15°~75°范围内取值，若入射角α过大。则由大头针P 1、P 2射入玻璃中的光 线量减少，即反射光增强，折射光减弱，且色散较严重，由玻璃砖对面看大头针的虚像将暗淡，模糊并且变粗，不利于瞄准插大头针P 3、P 4。若入射角α过小，折射角将更小，测量误差更大，因此画入射光线AO 时要使入射角α适中。 5、上面所说大头针挡住大头针的像是指“沉浸”在玻璃砖里的那一截，不是看超过玻璃砖上方 的大头针针头部分，即顺P 3、P 4的方向看眼前的直线P 3、P 4和玻璃砖后的直线P 1、P 2的虚像是否成一直线，若看不出歪斜或侧移光路即可确定。 6、大头针P 2、P 3的位置应靠近玻璃砖，而P 1和P 2、P 3和P 4应尽可能远些，针要垂直纸面， 这样可以使确定的光路准确，减小入射角和折射角的测量误差。 【实验数据】 实验数据处理的其他方法：
实验5-16 固体与液体折射率的测定 实验讲义 单位：物理实验中心 教师姓名：王殿生
实验5—16 固体与液体折射率的测定 （一）教学基本要求 1.掌握利用显微镜测量透明固体和液体折射率的基本原理。 2.了解测量显微镜的结构和使用方法，主要包括读数方法和调焦方法。 3.学会利用合适标志正确调焦在液体上下表面的方法。 4.介绍物质折射率与光波波长、温度等因素有关的概念。 （二）讲课提纲 1．实验简介 折射率是透明物质的一个重要的物理参数，它反映了物质的基本光学性质。物质的折射率不但与它的分子结构和光线的波长有关，而且与物质的密度、温度、压力等因素有关。实际工作中有时也需要通过测量折射率来反求物质的密度、浓度等。 实验所用仪器主要是测量显微镜，使用显微镜准确确定待测位置，通过显微镜上的读数机构进行定量测量。测量折射率的基本方法是利用光的折射原理。实验主要目的是学会一种测量物质折射率的方法。 2．测量与数据处理要求 （1）具体测量方法和步骤自己想办法，不统一讲解。（自学成才、相互讨论、问老师等均可） （2）固体和液体的折射率均要求测量5次，5次的A点位置基本固定。 （测量技巧，A-B-C点依次测量，先将微调调到最下端，调节镜筒看清第一片上的A点读数，此后不能再调节镜筒焦距，放上第二片向上调节微调看清B点读数，继续向上调节微调看清C点读数，完成一次测量；然后C-B-A倒序测量。如此反复，测量5次。） （3）列表记录数据，表格规范，不能使用铅笔记录数据。 （4）测量数据签字时检查具体的测量操作过程，不能在签字之前整理实验仪器，保持测量原貌，特别是液体不能倒掉。 （5）充分熟悉测量显微镜的功能，注意实验过程中调节技巧和读数放大镜的使用。 （6）先想后做，边做边想，边想边做，动脑和动手相互结合，相互促进。 （7）数据处理时，计算折射率不确定度，表示实验结果。 3．问题思考与讨论 （1）测量固体玻璃折射率时，测量厚玻璃片好还是薄玻璃片好？ （2）测量液体水折射率时，烧杯中水多一点好还是少一点好？
实验四旋光度和折光率的测定 一、实验目的 1、了解旋光仪的构造、使用方法，掌握旋光度的测定原理与方法。 2、了解阿贝折光仪的构造，使用方法，掌握有机物折光率的测定原理和方法。 二、实验原理 1、旋光度：某些有机物因具有手性分子，能使偏光振动平面旋转，这种性质称为物质的旋光性。具有旋光性的物质称为旋光性物质或光学活性物质。旋光性物质使偏光振动平面旋转的角度称为旋光角，旋光角附上旋转方向叫旋光度，常以α表示；使偏光振动平面向左旋转的为左旋，用（一）或ι表示；使偏光振动平面向右旋转的为右旋，用（+）或d表示。 2、旋光仪构造 旋光度可用旋光仪来测定，其构造一般包括： a.单色光源：产生单色光，一般用钠光灯 b.起偏镜：产生偏振光 c.半波片：将偏振光束分成三分视场 d.样品管：盛放样品溶液 e.检偏镜 f.目镜 g.刻度盘 3、旋光度的大小除决定于物质的本性外，还与测定时的条件有关。旋光度随溶液的浓度或液体的密度d、测定时的温度t，所用光的波长λ，盛液管的长度ι及溶剂的性质等因素而改变。为比较物质的旋光性，需以一定条件下的旋光度作为基准。通常规定：1cm3含1g旋 t表光性物质的溶液放在1dm长的盛液管中测得的旋光度叫做该物质的比旋光度，并用[α] λ示，对某一物质来说，比旋光度是一个定值，它与旋光度的关系如下： α 纯液体的比旋光度[α]λt= d l. α 溶液的比旋光度[α]λt= c l. 比旋光度是物质特性常数之一。因此可以通过测定旋光度，来鉴定旋光性物质的纯度和含量；也可与其它方法结合起来确定未知物是何种物质。
4、折光率：光在空气中的速率和在另一物质中的速率之比称为折光率。 一种介质的折光率(n)就是光线从真空进入这种介质时入射角（α）和折射角（β）的正旋光度 折光率是有机化合物重要的特性常数。固体、液体和气体都有折光率，它不仅作为物质纯度的标准，也可用来鉴定未知物。 物质的折光率随入射光的波长与测定时的温度不同而变化。通常温度升高1℃，折光率降低3.5—5.5×10-14，光源一般采用钠光源。 5、阿贝折射仪的构造 结合仪器具体讲解，主要有放大镜、刻度尺、望远镜、消色镜、直角棱镜、反射镜等。 三、仪器与试剂 1、仪器 WZX-1光学度盘旋光仪、阿贝折光仪 2、试剂蒸馏水、10%葡萄糖、未知浓度的葡萄糖溶液、重蒸馏水、丙酮、待测液 四、实验步骤 1、旋光度的测定 (1)预热开始测量前，须将电源开关推到“开”的位置，预热5—10min，直至钠光灯已充分受热。 (2)旋光仪零点的校正在测定样品前，必须先校正旋光仪零点。先将旋光管洗净，装上蒸馏水，使液面凸出管口，将玻璃盖沿管口边缘轻轻平推盖好，不能带入气泡。然后旋上螺丝帽盖，使之不漏水。但注意不可旋得过紧，以免玻璃盖产生扭力而影响读数正确性。将已装好蒸馏水的样品管擦干，放入旋光仪内，罩上盖子。将标尺盘调到零点左右，调节手轮使视场亮度达到一致，此时读数应为零，由于使用者对其感觉不一，此读数可能为某一数值（即为初读数）记下读数。重复操作至少5次，取其平均值即为零点。若零点相差太大，应重新校正。 (3)旋光度的测定取已准确配制的10%葡萄糖液，按上述方法装入已洗净的旋光管中（先用蒸馏水洗干净，再用所测溶液洗涤几次）。把旋光管放入旋光仪里，转动手轮，使三部分亮度不同的视场重新调至亮度一致为止，记下读数。这时所得的读数与零点（初读数）之间的差值，即为该溶液的旋光度。再记下旋光管的长度及溶液的浓度，然后按公式计算其比旋光度。 取未知浓度的葡萄糖溶液，按同样的方法测定旋光度，然后利用上边求出的比旋光度计