用线阵C C D测定液体折射率
2003.9
用线阵CCD测定液体折射率实验研究
一、目的
1.了解用线阵CCD图象传感器测量折射率的原理及图象数据的采集和分析方法
2.用CCD型折射率测定仪进行一些测定折射率的实验研究
3.学习用Excel进行数值解法及数据处理的方法
二、概述
CCD-3型液体折射率测量仪主要由激光光源、CCD列阵图象传感器、计算机数据采集与处理系统组成，用ImageStar 、Photoshop、Excel等常用软件进行人工图象数据分析及数值解法处理数据，最终得到液体折射率，使学生在利用简单光学原理测量基本物理量的同时，还可以了解当前热门的新型光电器件CCD的工作机理，进行图象数据的采集、分析、数值解法，加强计算机应用能力的训练，提高学生综合实验能力。
电荷耦合器件（Charge-Coupled Device）简称CCD，是1970年由美国贝尔实验室首先研制出来的新型固体器件。60年代末，美国贝尔实验室的W.S.波涅尔和G.E.史密斯等人在研究磁泡时，发现了电荷通过半导体势阱时会发生转移现象，他们据此提出了电荷耦合这一新的概念和一维（CCD）模型，预言了CCD在信号处理、信号存储和图像传感中的应用前景。自1970年电荷耦合器件问世以来，这种器件的研究及应用已经取得了十分惊人的发展，并且迅速地从实验室走向实际应用阶段，目前CCD在图像传感、模拟信号处理、以及数字存储等领域都有着十分广泛的应用。
CCD图像传感器既具有光电转换功能，又具有信号存储、转移和读出功能，其工作过程可分为四步。第一是光积分期，即曝光时间，这是CCD像元把入射光量子按比例地转换成光生电荷，完成光-电转换。第二是在光积分的同时，把每一个像元产生的光电荷暂时存储在相应的光敏二极管势阱中，实现信号电荷存储。第三是在曝光结束后，把存储的光生电荷沿CCD移位寄存器转移到输出区，完成电荷转移。第四是在读出放大器中把每一个光生电荷包依次转变成相应的视频信号，完成信号读出。因此CCD图像传感器可以看成是一个变换器，它能把一幅空间分布的光学图像变成按时间顺序分布的视频电压信号。线阵CCD图象传感器能把一维图像记录下来。
三、测量原理
激光束斜向入射穿过矩形透明待测材料，照射在与材料壁平行的线阵CCD图象传感器上，CCD图象传感器可以得到光斑图象的视频信号，经过A/D转换输入计算机，利用软件分析有、无材料时光斑位置的差值以及材料尺寸、入射角等参数，可以得到材料的折射率。
液体折射率测量
让一束波长为λ的平行光在空气中斜射到装有待测液体的矩形玻璃容器的一个侧面，并从另一平行侧面射出，如图1（a）。由几何光学原理可知，出射光束与入射光束平行但不在同一直线上，即出射光相对入射光有一侧向位移，此位移大小与待测液体的折射率和容器参数（容器的几何尺寸、容器材料的折射率）有关。为了消除容器壁材料的参数对测量的影响，让同一束光在同样的入射角下先后通过空矩形容器和装有待测液体的该矩形容器，测量
，便可求出待测液体的折射率而无需知道容器壁的厚度和上述两种情况下出射点的位移s
器壁材料的折射率。计算公式推导如下：
(a) (b)
图1 测量原理
当容器中空时，设θ0为入射角，n 1是玻璃的折射率，n 0是空气的折射率（1.00029≈1）。根据几何知识有:
011321tan tan 2θθ?+??=++=d d s s s s （1）
式中，d 1为容器玻璃壁的厚度，d 为容器壁之间的间距，S 为出射点与入射点沿平行于容器壁方向的距离。
当容器中装有待测液体时，设n 为液体的折射率，同理可得：
211321
tan tan 2θθ?+??='+'+'='d d s s s s （2） 由（1）式减（2）式及折射定律20
sin sin θθ=
n 、三角关系可得：
???
?
??--?='-=?02200sin sin tan θθθn d s s s （3） 由此可得：
()()
()2
02
02
0sin tan sin θθθ+?-??=
s d d n （4）
（4）式中，d 、n 0与θ0已知，只要测出s ?，便可求出n 。如果待测液体是某种溶液则可根据溶液浓度与n 的对应关系得到该溶液浓度的数值。 糖溶液浓度和折射率的关系：
e=-893.29n 2 + 3028.1n - 2448.6（%） （5） 其中e 为糖溶液浓度n 为糖溶液折射率。 糖溶液折射率和浓度的关系：
n=8×10-6×e 2 + 0.0013×e + 1.3334 （6）
出射光点位置利用线阵CCD 图像传感器测定,使线阵CCD 光敏面平行于容器前后壁放置, 光点照在线阵CCD 上，由计算机控制对CCD 像素进行扫描，获取光点位置的视频信号，经A/D 转换成数码图象传送到计算机，用软件处理得到光点位置数据。如图1（b ），当容器中无液体时光束在Q 点出射,当容器中有液体时光束在Q′点出射,很容易得到: AB s Q Q =?='
。如果已知线阵CCD 光敏元中心间距l
及AB 所对应的光敏元数目m ?，则
l m s ??=?。
入射光线角度可调，适合测量各种折射率（1~∞）的液体。仪器没有安装精密复杂的机械游标测角装置，对角度的确定是利用定标液定标，可用Excel 进行手工数值解法或专用软件自动计算入射角。实验装置如图2所示。
通常所指的物质的折射率都是对钠D 线（589.3nm ）的折射率，虽然我们在测量中使用的不是589.3nm 的黄光，但是由于有定标这一步骤，不论定标液体对当前波长的折射率是多少，只要输入定标液体对钠D 线（589.3nm ）在20℃的折射率n D ，就等于进行了部分修正这一环节，减少了测量误差,当然，如果对实验结果要求很高，则还必须通过柯希方程进行修正。
实验仪器：
四、技术性能
五、硬件安装（本仪器必须小心轻放）
1. 连接稳压电源到液体折射率测量仪后板，将稳压电源插在电源插座上，液体折射率测量
仪前面板上的绿色指示灯随即点亮（仪器结构见图2）。 2. 将USB 连线的一端连接到液体折射率测量仪后板，将USB 连线的另一端连接到计算机
的USB 接口，系统会自动侦测到该仪器，侦测需要一些时间（几分钟），侦测到仪器后屏幕右下角会出现
图标，否则为
图标，如果系统长时间没有侦
测到该仪器，右击屏幕右下角
的图标，点击搜寻扫描仪，按提示办；或者
拔掉USB 连线重新插上，如果系统还没有侦测到该仪器，则重新启动计算机。
3. 激光器方位角调整（不要轻易调整！！！如果仅要调整激光束角度！！可
以从下面第5步开始！）
1) 打开小门拔掉指示灯对插电缆插头。 2) 卸掉机箱两侧四个螺丝，一只手伸进小门中间压住横立板，另一只手拿住机箱顶上
的拎手慢慢向上提起机箱放在旁边。
3) 放上玻璃器皿（手不要接触容器透明面，注意使容器右面贴紧机箱内支架）。 4) 旋松弧形槽的元宝螺栓（另一边可用附件小扳手扳住），沿弧形槽移动激光器至所
需的位置，拧紧元宝螺栓。
图2 实验装置
5)扭动装有万向头的激光器，使激光光束从容器左下方透明处入射，从容器右上方透
明处出射（可用小纸片检查），激光束应照射在CCD接收缝上端的白色线标记以
下处。
6)对30mm容器来说，激光器的最佳位置在弧型刻度的红线标记处，激光束应照射
在CCD接收缝上端的白色线标记处，如果要使用大入射角，必须换特殊的高容器，
并且将支架下移。
六、仪器的使用
1.检查光路：打开仪器前面的小门，检查激光光束是否照射在CCD接收缝上端的白色线
标记以下处，再将空容器放入机箱内的支架上，注意使容器底面与右面贴紧支架，检查激光光束是否从容器左下方透明处入射，从容器右上方透明处出射，照射在CCD接收缝上端的白色线标记以下处。
2.人工图象数据采集分析及数值解法处理数据测量液体折射率
ImageStar III法
1)ImageStar III是一种图象处理软件。
2)打开ImageStar III以及CCD扫描.exe、液体折射率计算表03.xls软件。
3)在桌面上合理布置各窗口（类似上图），点击ImageStar III窗口的查看下拉菜单，点击
信息面板打开信息面板，关闭其它无关窗口。
4)当需要确定亮斑中心的位置时，在ImageStar III中打开D：\ccd\CCDPIC（或
C:\Scan\scan200***_***.tif）文件夹中相应的图象文件，用鼠标指针指在图象上白亮斑
的中心，记下信息面板中的位置X，填入Excel窗口中的相应格。
七、注意事项
1.本仪器是精密仪器，要防止震动。
2.使用时先启动电脑，再插上本仪器开关电源插头，最后用USB连线连接本仪器与电脑。
3.连接USB连线后如果电脑在5分钟内没有识别出本仪器，拔掉USB连线重新插上或重
启。
4.激光束要照射在CCD接收缝上端的白色线标记以下处。
5.不要将液体洒在仪器内，扫描时必须关上小门。
6.打开机箱罩前必须拔掉指示灯电缆插头，罩上机箱罩后再插上指示灯电缆插头。
7.激光器具有无操作休眠功能，长时间不用会熄灭，延长激光器寿命，有操作时会点亮。
8.实验结束必须取出玻璃容器，从电脑上退出该设备（右击屏幕右下角的图
标，点击退出），拔下开关电源插头。
https://www.doczj.com/doc/e09684297.html,D图象获取软件有二个版本
1）CCD扫描.exe，打开窗口为‘无标题-DEMOSCAN’，扫描的文件将保存在D：\ccd\CCDPIC，文件格式为.jpg。
2）CCD扫描2.exe，打开窗口为‘扫描控制系统’，扫描的文件将保存在c\SCAN子目录内，文件格式为.tif。
八、实验内容（实验前必须仔细阅读说明书，根据课时数选择下列内容）
1.测量容器尺寸d和d1（手不要接触容器透明面），各测5次填入表1。
2.软件自动测量液体折射率：根据说明书介绍的基本方法，拟订一个软件自动测量实验室
提供的样品（如无水乙醇、三氯钾烷）折射率的方案，必须包含入射角检查、用图象处理软件观察分析调试图象、定标、多次测量折射率计算平均值等内容（重复测量每次都要将容器取出再放入），建议用水作定标液。
3.人工图象数据采集分析及数值解法处理数据测量液体折射率
1)根据实验原理及公式（4），试设计一个Excel电子表格数据处理软件，如果不行的话再
使用实验室提供的‘液体折射率计算表03.xls’Excel电子表格，但是必须先搞清该Excel电子表格的结构原理（取消隐藏显示所有单元格）。
2)拟订一个用Photoshop 6.0法或ImageStar III法测量实验室提供的样品（如无水乙醇、
三氯钾烷）折射率的方案，必须包含定标、多次测量折射率计算平均值等内容（重复测量每次都要将容器取出再放入），建议用水作定标液，实验完成后将Excel电子表格另存为“自起名.xls”。
4.测定糖溶液浓度
1)设计一套调配不同浓度（按质量算）的糖溶液的方法，并且至少调配二种浓度的糖溶液
（建议用分析纯蔗糖，注意防潮，随手盖紧）。
2)用CCD-3型液体折射率测定仪测定糖溶液的折射率。
3)对‘液体折射率计算表03.xls’Excel电子表格进行扩充，使其能计算调配浓度数据、
并根据式（6）计算折射率理论值、百分误差。
5.测量固体折射率
1)研究用CCD-3型液体折射率测定仪测量固体折射率的方法，需要满足什么条件？
2)设计实验方案步骤，试探用最简单的材料实现固体折射率的测量。
3)手工计算固体折射率，或者对原Excel电子表格进行修改，自动计算固体折射率。
6.对仪器误差进行分析
九、参考数据记录表
十、附录
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
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，
测定玻璃的折射率 一、类型训练卷 1．(8分)测定玻璃的折射率的基本原理是用插针法确定光路找到跟入射光线相应的______________，用量角器量出测出入射角i和折射角r；根据折射定律计算出玻璃的折射率：_________________________。除了上述原理可以测量玻璃的折射率之外，根据______________只要测量出光在介质中速度v，也可以测量玻璃的折射率。如果测量出某单色光从玻璃射向空气的临界角为C，则该玻璃对此单色光的折射率____________________. 2．（6分）测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差应该注意的是（） A．玻璃砖的宽度宜大些 B．入射角应尽量小些 C．大头针应垂直插在纸面上 D．大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些 3．（6分）（’91全国）在《测定玻璃的折射率》的实验中对一块两面平行的玻璃砖，用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线。现有甲、乙、丙、丁四位同学分别做出如图的四组插针结果。（如图1所示）（1）从图上看，肯定把针插错的是。 （2）从图上看测量结果准确度最差的是。 4．（6分）用三棱镜做测定玻璃折射率的实验。先在白纸上放好三棱 镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察， 调整视线使P1的像被P2挡住。接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、 P4使P3挡住P1、P2的像。P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头 针位置和三棱镜轮廓如图18-2所示。 （1）在本题的图上画出所需的光路。 （2）为了测出棱镜玻璃的折射率， 需要测量的量是，______，在图上标出它们。 （3）计算折射率的公式______或_______。 5．（6分）在用插针法《测定玻璃的折射率》实验中，某同学正确在纸上 画出玻璃砖界面aa’，但画出的界面bb’比实际位置偏高，如图18-3所示。这样 再正确使用插针法，测出的折射率将偏（填“大”或者“小”）。 6．（6分）如图18-4所示，将刻度尺直立在装满某种透明液体的广口瓶中，从刻度尺上A和B两点射出的光线AC和BC在C点被折射和反射后都沿直线CD传播，已知刻度尺上相邻两根长刻度线间的距离为1.0cm，刻度尺右边缘与广口瓶右内壁之间的距离d=2.5cm，由此可知，瓶内液体的折射率n=。 a’ b’图18-3 图18－1 甲乙丙丁 P1P2 P3 P4 图18-2
《测量玻璃的折射率》学习材料 【教学目的】 1．测定一块玻璃砖的折射率； 2．验证光的折射定律。 【实验器材】 1块矩形玻璃砖、刻度尺、量角器、1张8开白纸、4枚大头针、1块木板、铅笔 【实验原理】 用两面平行的玻璃砖来测定玻璃的折射率。当光线斜入射进入两面平行的玻璃砖时，从玻璃砖射出的光线的传播方向是不变的，出射光线跟入射光线相比只有一定得侧移。只要我们找出跟某一入射光线对应的出射光线，就能求出在玻璃中对应的折射光线，从而求出折射角。再根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率n=sin i /sin r 。 插针法确定光路的基本原理：当后两枚大头针与前两枚大头针在玻璃中的虚像处于同一视线上时，四枚大头针处于同一光路上。 【实验步骤】 1、把白纸用图钉固定在木板上。 2、在白纸上画一条直线aa '作为界面(如图所示)，过aa '上一点O 作垂直于aa '的直线NN ′作为法线，过O 点画一条入射光线AO ，使入射角i 适当大些。 3、在AO 线上竖直地插两枚大头针1P 、2P ，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa '重合。 4、沿玻璃砖的另一侧面画一条直线bb '。 5、在玻璃砖的bb '一侧白纸上竖直地立一枚大头针3P ，调整视线，同时移动3P 的位置，使3P 恰好能同时挡住1P 、2P 的像，把大头针3P 竖直插在此时位置。
6、同样，在玻璃砖bb '一侧再竖直地插一枚大头针4P ，使4P 能挡住3P 本身，同时也挡住1P 、2P 的像。 7、移去玻璃砖，拔去大头针，过3P 、4P 做一条直线BO '交bb '于O '点，连接OO '， OO '就是入射光线AO 在玻璃砖内的折射光线，折射角为r 。 8、用量角器量出入射角i 和折射角r 的大小。 9、改变入射角i ，重复上面的步骤再做三、四次。 10、算出不同入射角时，n =sin i /sin r 的值，求出几次实验中n 的平均值就是玻璃的折射率。（或图像法求折射率:用sin i 表示纵坐标，用sin r 表示横坐标，则图线的斜率就是玻璃的折射率。） 注：遇到通过作图判断两个量的关系的方法（不是线性关系的，化成线性关系）； 【记录数据】 数项值 次数 1 2 3 入射角i 折射角r sin i sin r n =sin i /sin r 【注意事项】 1、玻璃砖应选择宽度较大的(一般要求5cm 以上)，以减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。 2、操作时不要用手触摸玻璃砖的光滑光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线，以免损坏玻璃砖的光学表面。（先在白纸上画直线作为玻璃砖的界面，再画玻璃砖的另一界面时，对齐玻璃砖的另一长边，用大头针确定两点，并以此两点画直线bb '作为玻璃砖的另一界面。） 3、大头针应垂直地插在纸上，同侧两针之间的距离要稍大些；
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
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）。
评分： 大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：液体的折射率测定 班级： 姓名：学号： 指导教师：陈丽娜 茂名学院物理系大学物理实验室 实验日期：200 9 年12月 3 日
实验23 《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，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。 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 光线为掠入线（入射角为?90），对应的折射角为临界角c 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 光线的出射角'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。证明：棱镜的折射率1n 与棱镜顶角A 、最小出射角'i 有如下关系： 2 1sin cos 'sin 1?? ? ??++=A A i n
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】
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。
用阿贝折射仪测液体的折射率 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，全反射法是其中之一。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=3×104），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，它还可用来测量液体的折射率。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。 一、实验目的 1．加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。 2．通过对水、和酒精折射率的测量，学会使用阿贝折射仪。 三、实验原理 由全反射定律可知，当光线从光密媒质进入光疏媒质时，若入射角为某个特定角，其折射角可达90o，此入射角称为全反射临界角。反之，当光线以90o入射角自光疏媒质进入光密媒质时，其折射角即为全反射临界角。 1. 测量望远镜 2. 消色散手柄 3. 恒温水出口 4. 温度计 5. 测量棱镜 6. 铰链 7. 辅助棱镜 8. 加热槽9. 反射镜10. 读数望远镜11. 转轴12. 刻度盘罩13. 锁钮14. 底座
提供测定折光率的样品，应以分析样品的标准来要求，被测液体的沸点范围要窄。其具体操作如下所述。 1.将折光仪与恒温水浴连接，调节所需要的温度，同时检查保温套的温度计是否精确。一切就绪后，打开直角棱镜，用丝绢或擦镜纸沾少量乙醇、乙醚或丙酮轻轻擦洗上下镜面，不可来回擦，只可单向擦。待晾干后方可使用。（由于对测量的要求不高此步省略） 2. 阿贝折光仪的量程为1.3000～1.7000，精密度为±0.0001，温度应控制在±0.1℃的范围内。恒温达到所需要的温度后，将待测样品的液体2～3滴均匀地置于磨砂面棱镜上，滴加样品时应注意切勿使滴管尖端直接接触镜面，以防造成刻痕。关紧棱镜，调好反光镜使光线射入。滴加液体过少或分布不均匀，就看不清楚。对于易挥发液体，应以敏捷熟练的动作测其折光率。 3. 先轻轻转动左面刻度盘，并在右面镜筒内找到明暗分界线。若出现彩色带，则调节消色散镜，使明暗界线清晰。再转动左面刻度盘，使分界线对准交叉线中心，记录读数与温度，重复l～2次。 4.测完后，应立即以上法擦洗上下镜面，晾干后再关闭。在测定样品之前，对折光仪应进行校正。通常先测纯水的折光率，将重复两次所得纯水的平均折光率与其标准值比较。校正值—般很小，若数值太大，整个仪器应重新校正。 若需测量在不同温度时的折射率，将温度计旋入温度计座13中，接上恒温器的通水管，把恒温器的温度调节到所需测量温度，接通循环水，待温度稳定10min 后即可测量。如果温度不是标准温度，可根据下列公式计算标准温度下的折光率： 式中：t—测定时的温度，α—校正系数，D—钠光灯D线波长（5893A）。 折光仪，又称折射仪，是利用光线测试液体浓度的仪器，用来测定折射率、双折率、光性，折射率是物质的重要物理常数之一。许多纯物质都具有一定的折射率，物质如果其中含有杂质则折射率将发生变化，出现偏差，杂质越多，偏差越大。 折射仪主要由高折射率棱镜(铅玻璃或立方氧化锆)、棱镜反射镜、透镜、标尺(内标尺或外标尺)和目镜等组成。折射仪有手持式折光仪、糖量折光仪、蜂蜜折光仪、数显折光仪、全自动折光仪等。
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
掠入射法测液体的折射率 物理学系巧云 6 摘要：本文分别使用钠灯和汞灯作为光源利用掠入射法测量了水的折射率。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荫视场，从而求出所测液体即水的折射率。分析了掠入射法测液体的折射率的误差来源，并进行了不确定度的计算。 关键词：掠入射法、测量折射率、不确定度 引言：测量液体的折射率有多种方法，掠入射法测液体的折射率，原理较简单，方法易行，本实验利用分光计和三棱镜等实验室常见仪器，仪器普通，测量简捷，可操作性强，重复性好。 实验原理 光线自光密介质进入光疏介质，其入射角小于折射角。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。当光线一90°角入射（即掠入射）时，仍有光线进入光密介质，此时的折射角亦为临界角。 如图1所示，在一折射棱镜的AB面外充满了折射率为n的液体，已知棱镜的折射率n0>n.若用钠灯经毛玻璃散射后，从AB界面的上方照射界面。凡入射角小于90°的光线都能折射进入棱镜，而入射角等于90°的光线乃是折射到棱镜的最边缘（折射角最大）的一条光线，此光线以上则完全无光（因为没有入射角大于90°的光线）。这样用望远镜从BC面望去，在视场，必然呈现分明的明暗两部分，若BC面外为空气，其折射率为1.根据折射定律应有：
i n n sin 90sin 0=? βαsin sin 0=n 从图中可看出 i B +=∠α α-∠=B i 即 ββsin cos sin sin 2 20 B n B n --= 式中n 0及B ∠为已知，可见如果测出角β，则被测液体的折射率n 即可求出。 实验仪器 分光计、等边三棱镜两块、钠灯（汞灯）、待测液体（水）等 实验过程和方法 （1）调整分光计，使之达到正常测量状态。a.目镜调焦：先把目镜调 焦手轮旋出，然后一面旋进，一面从目镜中观察，直到分划板刻线清晰。如图2所示。 Ⅰ A 图1
2 学生实验:测定玻璃的折射率 知识点一实验步骤、注意事项和误差分析 1．为了使测量结果更精确可以采取的办法是()． A．多次测量取平均值 B．插针间距适当大些 C．插针间距尽量小些 D．入射角尽量大些 2．测定玻璃砖折射率的实验如图4-2-5所示，把玻 璃砖放在白纸上之前应在纸上先画好图上的三 条直线，它们分别是______、______、________， 最后按正确的要求插上大头针P3、P4，由P3、P4 的位置决定了光线________的方位，从而确定了 折射光线________的方向． 3．在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图4-2-6中①②③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖，他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图，则这三位同学测得的折射率与真实值相比分别有何变化？ 4．(2012·重庆卷，22)如图4-2-7甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的________面不能用手直接接触． 在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔 a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像，
但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如图4-2-7乙所示．计算折射率时，用________(填“d”或“e”)点得到的值较小，用________(填“d”或“e”)点得到的值误差较小． 5．某同学用圆柱形玻璃砖做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好圆柱形玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在圆柱形玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出大头针位置和圆柱形玻璃砖的边界如图4-2-8所示． (1)在图上画出所需的光路． (2)为了测量出玻璃砖的折射率，需要测量的物理量有________(要求在图上标 出)． (3)测出的折射率n＝________. 知识点二数据处理 6．在“测定玻璃砖的折射率”的实验中，有两位同学各设计了一个记录表格，而且都已完成了计算．根据他们设计的表格所反映的信息，判断他们做的是否正确． 甲同学设计的表格是： 次数入射角 θ1 sin θ1 折射角 θ2 sin θ2n n 130°0.50020.9°0.357 1.40 1.40 245 °0.70730.5°0.508 1.39 360°0.86638.0°0.616 1.41
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？
液体折射率的测定 班级 学号 姓名 实验时间 摘要：根据光的折射定律，提出了用掠入射法简捷，精确地测量液体折射率的方法.利用分 光计和简单的器件,通过一次测量精确地求得液体折射率.该方法简捷，准确度高，可用于生 产在线检测，在实际生产中有应用价值. 关键字：掠入射法；液体折射率 引言： 在食品、化工，医药等生产等生产部门，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、读数显微镜等仪器进行测量. 虽然阿贝折射计精度高，但要接触式测量，是非在线检测，给生产检控带来不便.读数显微 镜虽可用在非接触式测量，但其精度不是很好，有一定的局限性，特别在医药行业浓度的精 确度要求较高时往往达不到较理想的要求.改用掠入法只需常用仪器分光计及附件三棱镜， 可用来在线检测，仪器普通、测量简捷、精确度高，在工业生产中有实用意义. 原理简述: 1.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①所示. 按照图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 图① 掠入射法测三棱镜折射率的原理 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
博立中学高二年级（下）物理（教案） 编号03 第1节 光的反射和折射（第2课时） 实验：测定玻璃的折射率 制作人：张 杰 审核人：高二年级组 日期：2014年5月20日 【实验目的】测定玻璃的折射率 【实验原理】光从真空（空气）射入玻璃时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值 【实验仪器】玻璃砖、大头针、白纸一张、直尺、铅笔、量角器 【实验步骤】 按照图13-1-9： （1）先在白纸上画一条直线aa′作为界面，过aa′上的一点O 画出界面的法线NN′，并画一条线段AO 作为入射光线，然后把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟 aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′； （2）在线段AO 上竖直地插上两枚大头针P 1、P 2，透过玻璃观察大头针P 1、P 2的像，调整视线的方向，直到P 1的像被P 2挡住，再在观察的这一侧插两枚大头针P 3、P 4，使P 3挡住P 1、P 2的像，P 4挡住P 1、P 2的像及P 3，记下P 3、P 4的位置； （3）移去大头针和玻璃砖，过P 3、P 4引直线O′B ，与bb′交于O′，直线O′B 就代表了沿AO 方向入射的光线透过玻璃砖后的传播方向，连接OO′，OO′就是折射光线的方向，入射角i=∠AON ，折射角r=∠O′ON′； （4）用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记入自己设计的表格里； （5）用上面的方法分别求出入射角是15°、30°、45°、60°、75°时的折射角，查出入射角和折射角的正弦值，把这些数据也记在表格里； （6）算出不同入射角的 r i sin sin 的值，比较一下，看它们是否接近于一个常数，求出几次实验中测得的r i sin sin 的平均值，就是玻璃的折射率. 【实验结论】探究结论：通过实验探究，可以发现，当入射角分别取不同值时，折射角也不同，但r i sin sin 的值近似相等，所以说介质对光的折射率的大小由介质本身的性质决定，与入射角和折射角的大小无关. 【注意事项一】 （1）玻璃砖的折射面必须画准确，才能确定法线，准确地画出入射角和折射角； （2）实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上AB 、BO 、CD 之间、CO'之间距离要稍大一些； （3）入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差； （4）实验过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变，不要用手触摸玻璃砖光洁的光学面；
化学与化工学院实验课程教案模板（试行） 实验名称液体有机物折光率的测定 一、实验目的要求： 1、熟悉xx折光仪的构造 2、掌握液体有机化合物折光率的测定方法。 二、实验重点与难点： 1、重点： xx折光仪的构造 2、难点： 折光率的测定方法 三、实验教学方法与手段： xxxx，演示xx 四、实验用品（主要仪器与试剂）： 1、试剂： 丙酮（或乙醚、乙醇等有机溶剂）1-溴代萘 2、仪器： xx折光仪 五、实验原理： 1、折光率： 空气
光线从一种xx质进入另一种xx， 质时光的传播方向会发生改变，这 种现象称为光的折射。如右图所示。 引起光的折射的原因是光在不同xx 质中的传播速度不同。 光在空气中的传播速度与它在 液体中的传播速度之比叫做该液体 液体 的折光率。根据光的折射定律，液 体的折射率等于入射角与折射角的 正弦之比。 ntλ=v空/v液=sinα/sinβ 折光率是有机化合物的特征常数，通过测定折光率可以确定有机化合物的纯度及溶液的 组成，也可用于未知物的鉴定。 折光率随入射光的波长λ、测定时的温度t、物质的结构等因素而变化。所以表示物质的折光率时必须标明所用光线的波长和测定温度，当λ和t一定时，折光率是一个常数。常用nDt表示，D表示钠光。 2、xx折射仪： 阿贝折射仪主要有反射镜、直角棱镜、阿米西消色棱镜、读数镜、望远目镜组成。结合实物具体讲述仪器的各 六、实验步骤：
1、仪器校正 （1）准备： 从箱中取出仪器，放在工作台上，在温度计套中插入温度计，通入恒温水，当温度恒定后，松开直角棱镜锁扭，分开直角棱镜，在光滑镜面上滴加2滴丙酮（或乙醚、乙醇等有机溶剂），合上棱镜，使上下棱镜润湿，洗去镜面污物，再打开棱镜，用擦镜纸擦干镜面或晾干。 （2）校正： 将直角棱镜打开，用少许1-溴代萘将标准玻璃块（没有刻度的一面）粘附于光滑棱镜面上，标准玻璃块另一个抛光面应向上，以接受光线，转动棱镜手论，使读数境内标尺读数等于标准玻璃块上的刻示值（读数时打开小反光镜）。然后观察望远目镜中明暗分界线是否在十字交叉点上，如有偏差，用方孔调节扳手转动示值调节螺钉，使明暗分界线在十字交叉点处。校正工作结束。 2、测定： 做好准备工作后，打开棱镜，用滴管滴加2~3滴待测液体于磨砂镜面上，使其分布均匀，合上棱镜，锁紧锁扭， 调节底部反射镜，使目境内视场明亮，调节望远镜使视场清晰。转动手轮，直到在目镜中看到明暗分界的视场，如有彩色光带，转动阿米西棱镜手轮，使彩色消去，视场内明暗分界十分清晰。继续转动棱镜手轮，使明暗分界线在十字交叉处，如图所示。在读数镜筒中读取折光率数值（记住打开小反光镜）。再让分界线上下移动重新调到十字交叉点处，读取读数，重复操作3~5次，取读数平均值作为样品的折光率。 测量完毕，打开棱镜，用丙酮洗净棱镜面，擦干或晾干后，合上棱镜，锁紧锁扭，将仪器放好。 非临界视场非临界视场 七、注意事项：