用分光计测量液体折射率

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实验题目： 液体折射率测定

《液体折射率测定的设计与实现》

实验任务

1． 调节分光计满足测量条件

2． 用掠入射法或最小偏向角法测量出透明液体的折射率

实验要求

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

分光计哦（不提供平面镜）、钠光灯、三棱镜、黑玻璃、水槽、水

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 2 为掠入线（入射角为90），对应的折射角为临界角ci。在棱镜中再也不可能有折射角大于ci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：

21sincos'sin1AAin

若在AB面加折射率为n的待测液体，上述关系又如何。

评分参考(10分)

⑴ 正确写出实验原理和计算公式，2分。

⑵ 正确的写出测量方法，1分。

⑶ 写出实验内容及步骤，1分。

⑷ 正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。

⑸ 正确的测量数据，1.5分。

⑹ 写出完整的实验报告，2.5分。(其中实验数据处理，1分；实验结果，0.5分；整体结构，1分)

学时分配

实验验收，4学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告1学时。

测液体折射率实验报告

一、实验目的

1、 掌握用掠入射法测定液体折射率的原理和方法。

2、 熟悉分光计的调节和使用。

二、实验原理

当光线从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射现象。掠入射法就是基于这一原理来测量液体折射率的。

假设某种液体的折射率为 n，周围介质（通常为空气）的折射率为

n0（n0 ＝ 1）。一束光线以接近 90°的入射角从空气入射到液体表面，经过折射后进入液体。当折射角等于 90°时，对应的入射角称为临界角

ic。根据折射定律：

n0 sin ic ＝ n sin 90°

因为 n0 ＝ 1，所以 n ＝ 1 ／ sin ic

通过测量临界角 ic，就可以计算出液体的折射率 n。

三、实验仪器

分光计、三棱镜、待测液体（例如水、酒精等）、毛玻璃屏、钠光灯。

四、实验步骤 （一）分光计的调节

1、 粗调：调节望远镜和平行光管的俯仰调节螺钉，使望远镜和平行光管大致水平。调节载物台的三个调节螺钉，使载物台大致水平。

2、 望远镜的调节：

目镜调焦：通过目镜观察，调节目镜调焦手轮，使分划板清晰。

物镜调焦：将平面反射镜置于载物台上，使反射面与望远镜光轴大致垂直。通过目镜观察反射镜反射回来的十字像，调节望远镜物镜调焦手轮，使十字像清晰。

望远镜光轴与分光计中心轴垂直的调节：采用各半调节法，即调节载物台下的螺钉，使十字像与分划板上方的十字叉丝重合，然后旋转载物台 180°，再次调节螺钉，使十字像与十字叉丝重合，反复调节，直至无论载物台如何旋转，十字像都能与十字叉丝重合。

3、 平行光管的调节：

调节平行光管的俯仰调节螺钉，使平行光管大致水平。

调节平行光管狭缝宽度，使其适中。

调节平行光管焦距：将望远镜对准平行光管，调节平行光管调焦手轮，使狭缝像清晰。

（二）测量三棱镜的顶角

1、 将三棱镜放置在载物台上，使三棱镜的两个折射面分别与平行光管和望远镜大致垂直。 2、 用自准直法测量三棱镜的顶角。转动望远镜，使其对准三棱镜的一个折射面，调节望远镜，使反射回来的十字像与分划板上方的十字叉丝重合，记录此时望远镜的读数 θ1。然后转动望远镜，对准三棱镜的另一个折射面，再次调节望远镜，使反射回来的十字像与十字叉丝重合，记录此时望远镜的读数 θ2。三棱镜的顶角 A ＝ ｜θ1 θ2|。

分光计测三棱镜折射率两种方式

光在真空中的传播速度为c，在媒质中的传播速度u总是小于c，其比值c/u称为该媒质的折射率n。实际上，折射率n也体现该材料的折光性能。而分光计是一种测量角度的精密仪器，如图。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。

而在本次实验中，我们采用了最小偏向角发、掠入射法和任意偏向角法这三种方法来分别测量同一块三棱镜的折射率，比较它们之间的异同与优劣势，从而达到本次开放实验的目的，开阔了我们的思维，增强了我们参与意识和主动性、创造性，提高了我们的学习兴趣。

1 测量方法

1.1 对分光计的进行调节

（1）粗调

调节载物台下方的三个小螺钉，尽量使载物台与刻度盘平行，调节望远镜和平行光管各自的仰角调节螺钉使它们的光轴与刻度盘平行。经过粗调，使得调整的范围大大缩小，提高实验的效率。

（2）细调

A.为了使眼睛通过目镜能够清楚地看到分划板上的刻线，先要对望远镜的目镜进行调焦，确保在后续的操作中能看到清晰的像；

B.将分划板调到物镜焦平面上，使得能够把前面入射的平行光线聚焦在分划板上；

C.放置双面镜在载物台时让双面镜置在某个螺钉上方，而且尽量使双面镜所在的面垂直平分另外两个螺钉的连线，这样在调解时，只需调节另外两个螺钉即可；

D.望远镜的绿十字像对于双面镜的两个面的反射像在分划板上都有偏上或偏下的情况，即说明望远镜的不水平，我们可以运用二分之一调节法，偏上或偏下的距离的一半用两个螺钉来共同调节，另一半距离用望远镜仰角调节螺钉来调节，使得绿十字像与分划板重合，转过双面镜180°，用同样的方法调节，之后反复调整可以使得两个像在分划板十字的引导下向中间靠拢并趋于重合；

E.通过上一步骤，其中两个螺钉已经调节水平了，这一步骤只需调节另一个螺钉，把双面镜与螺钉的相对位置转动90°，用上述的方法即可；

分光计的调整与折射率的测定

分光计是一种精确测量角度和观察光谱的比较精密的光学仪器，可以用来测量棱镜的

顶角、最小偏向角等，从而间接地测出棱镜折射率、光波波长、色散率等一些物理量。

分光计装置精密，结构复杂，使用前必须按操作程序进行调整。它的调整方法和操作

技能在光学仪器中具有一定的普遍意义，而且它的基本光学结构又是许多光学仪器(如摄谱

仪、单色仪、分光光度计等)的基础，因而学习分光计结构原理、调整方法以及一些应用是很有用处。

一、实验仪器 JY型分光计、三棱镜、平面反射镜、钠光灯。

二、仪器说明 L JY型分光计 分光计又称为光学测角仪，主要由底座、阿贝式自准直望远镜、平行光管、载物平

台、度盘和游标内盘组成的读数装置等五个部分组成(见图4—12)。

分光计底座坚实平稳，中央为旋转中心轴，望远镜和读数盘可绕中心轴旋转。

(1)平行光管。平行光管用以产生平行光。镜筒3的一端装有消色差物镜，另一端是装有可调狭缝l的套管，松开狭缝装置锁紧螺钉2，移动套管使被照明的狭缝位于物镜的焦

平面上，就可以发射平行光(见图4—13)。调节平行光管光轴水平方位调节螺钉26和平行光

管光轴俯仰角调节螺钉27，可以调节平行光管光轴的水平度和方位。

(2)阿贝式自准直望远镜。阿贝式自准直望远镜用来观察平行光及确定它的方位。由

阿贝式自准直目镜和消色差物镜组成(见图4—14)，用以观察图像和确定光线方位。转动图4—12中望远镜光轴俯仰角调节螺钉12和望远镜光轴水平调节螺钉13，可以调节望远镜光

轴的水平度和方位。望远镜目镜可在目镜套筒B内滑动，刻有准线的分划板则固定在B筒

内，转动图4—12中的目镜视度调节手轮11可以改变目镜和分划板的相对位置。分划板下

边粘了一块45’小棱镜，其下侧光源发出的光经棱镜反射后可通过分划板上的透光小十字

窗射出。物镜固定在A筒的一端。松开图4—12中的锁紧螺钉9，B筒(连同目镜、分划板)可在A筒内前后移动，当分划板被调到物镜的焦平面上时，从透光十字窗出射的光线通过