牛顿环实验测水的折射率研究

利用牛顿环和分光计原理测液体折射率项目主持人：作者单位：指导教师：XX学院XX年XX月目录目录 (2)摘要 (3)牛顿环和分光计测折射率实验仪器，目的 (3)牛顿环测折射率实验原理 (3)分光计测折射率实验原理 (4)牛顿环测折射率实验内容 (6)分光计测折射率实验内容 (7)牛顿环测折射率实验数据 (9)分光计测折射率实验数据 (10)牛顿环与分光计测折射率实验比较 (12)摘要本文结合牛顿环实验，分光计实验，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、分光计、折射率、等厚干涉、三棱镜、液体、极限角【实验仪器】牛顿环实验：JCD3型读数显微镜，牛顿环，钠光灯，凸透镜(包括三爪式透镜夹和固定滑座)，水。

分光计实验： JJY型分光计一台、平面镜、三棱镜两个、钠灯一个、水和酒精。

【实验目的】1、利用牛顿环的干涉原理测量水的折射率。

2、利用分光计的折射原理测量水（酒精）的折射率。

【实验原理】牛顿环实验一个曲率半径相当大的平凸透镜与另一平面玻璃,如图1所示装置,在两玻璃面之间,便形成了很薄的类似劈尖的空气层。

单色光源发出的光,经过透镜变成一束平行光,再经倾斜45°的半透明平面镜反射后,垂直地照射到平凸透镜的表面上。

入射光在空气薄层的上下两表面反射后,其中一部分穿过平面镜M,进入显微镜T。

在显微镜中可以观察到以O点为中心的环形干涉条纹,如图2所示,称为牛顿环。

66 2图1 图2前期我们做了牛顿环实验，可知一些基本原理。

由图1可知，光程差&=2e+ 5.89310m λ-=⨯/2由图可知R^2=r^2+(R-e ）^2当e<<R 时，划去e^2（最小量） 得e=r^2/2R&=r^2/R+ 5.89310m λ-=⨯/2=(2k+1)* /2(暗条纹） 所以rk^2=kR 5.89310m λ-=⨯(k=0,1,2,3……）则有rm^2-rn^2=(m-n)R* 5.89310m λ-=⨯因为圆心不以测定，故去直径替代半径，有Dm=2rm即曲率半径R=（Dm^2-Dn^2)/4*(m-n)* 5.89310m λ-=⨯滴水后有R=N(D`m^2-D`n^2)/4*(m-n)* 5.89310m λ-=⨯ （N 为水的折射率）所以有R/R=1=*N整理可得N=分光计实验光从一种介质进入另一种介质时，其入射角i 的正弦跟折射角r 的正弦之比，被定义为光从介质1进入介质2时的相对折射率n 12，即rin sin sin 12= （1）介质相对于真空的折射率叫做介质的绝对折射率。

液体折射率测定旳设计与实现汇报班级: 学号: 姓名: 试验时间:一、摘要：掠入射法只需常用仪器分光计及附件三棱镜,可用来在线检测,仪器一般、测量简捷、精确度高, 在工业生产中有实用意义。

本试验用掠入射法测液体旳折射率, 先测出三棱镜旳顶角和i'测出三棱镜旳折射率, 深入求出液体旳折射率。

关键词: 三棱镜、明暗分界线、顶角二、引言在分光计上已经测定了三棱镜旳折射率, 测量液体折射率旳措施有诸多种, 例如牛顿环法, 等倾干涉条纹法, 分光计掠入射法, 分光计全反射法, 阿贝折射仪测量法等。

本次旳试验用旳措施是分光计掠入射法。

本试验旳重要仪器是分光计, 使用分光计也是本试验中旳重点, 本试验旳最终目旳是让我们通过已经有旳基础, 自行设计方案测出任意液体旳折射率.三、试验任务: 1.调整分光计；2.用掠入射法测出透明固液体旳折射率。

四、试验仪器:JJY型分光计、三棱镜、待测液体（水）、毛玻璃、钠光灯。

五、试验原理: 掠入射法测量液体折射率原理如图1,三棱镜ABC为等边棱镜,BC为磨砂面,虚线为被测液体,当光线BO以90°入射时,棱镜内旳折射光线为OO′,在AC面再折射,出射线为O′P,其折射角为 ,其他入射角不不小于90°旳光线旳折射角都不小于 ,因此在O ′P 光线旳右边为暗区,被测液体旳折射率n ’。

有如下关系: 22'sin sin cos sin n A n A φφ=-- （1）式中n 、A 分别为三棱镜折射率和棱镜角,其值用试验措施事先测定, 由于三棱镜折射率n 随入射光波长不一样而变化,事先可用相似光源采用掠入射法进行测定,如图2所示,根据几何关系有:12,3,23sin sin sin 'sin ,i n i i n i i i A ==+=联立消去2i 和3i ,1i =90°时,得2sin 'cos 1()sin i A n A+=+ （2）如图2, 用分光计测出三棱镜顶角和 角, 代入式(2)即可求得n 值。

牛顿环法测液体折射率的实验研究折射，一种光的自然现象，它的发生依赖于光的波长，以及光折射介质的折射率。

折射率，一种介质的物理量，它决定了光在介质中传播时发生的折射程度，以及光在介质中传播时被改变的波长。

而在本文中，我们将聚焦于探讨牛顿环法在测量液体折射率方面的研究。

牛顿环法是科学家发明的一种用来测量折射率的方法。

牛顿环法包括三个步骤：先用现成的玻璃片做半透镜，然后放在一个有反射环的容器中，最后将容器放置在一个照明设备的照射下。

当照射的光线被半透镜反射到反射环上时，一条光线就会被反射到另一边的反射环上，这条光线被称为真实线。

然后将液体放入容器中，当液体反射的光线穿过液体时，它会发生折射，折射的光线称为反射线。

当真实线和反射线分别出现在反射环上时，从里面测试发现他们会有一定量的角度偏移，这个角度偏移就是液体折射率的测量值。

牛顿环法过程中涉及到的各种因素会对测量结果产生影响，例如物体的表面粗糙程度，物体的折射角等等。

若物体表面存在粗糙程度，那么光辐射就会发生反射，影响对物体表面光折射率的测量。

此外，假如物体表面折射角大于90°，就会发生全反射，因此无法通过牛顿环法测量物体折射率。

为了尽可能准确地测量液体折射率，应该采取一定的措施，确保物体表面粗糙程度尽可能小，而且物体表面的折射角应小于90°，有助于获得准确的测量结果。

折射率的测量精度受多种因素的影响，比如照明设备的光强，以及反射环的折射率。

所以为了确保测量结果的准确性，应该使用较强的光源，而且反射环的折射率应尽量接近样本，这样可以提高测量结果的准确性。

在本文中，我们着重探讨了牛顿环法在测量液体折射率方面的应用。

牛顿环法是一种简便而有效的方法，能够准确测量出液体的折射率，并且特殊器件不多，常见的玻璃片和反射环就可以搭建出一个实验装置。

另外，牛顿环法有一系列特定的条件，必须要满足，才能得到准确的测量结果，例如物体表面的粗糙程度，以及物体的折射角等等。

师大学毕业论文论文题目：利用牛顿环测量水的折射率系别：物理系专业：物理学班级：09A班学生：马援奎学号：指导教师：袁海良职称：副教授最后完成时间：本科毕业论文（设计）题目审批表系别：班级：专业：本科毕业论文（设计）中期检查表系别：班级：专业：本科毕业论文（设计）指导教师评语系别：班级：专业：本科毕业论文（设计）答辩记录表系别：班级：专业：利用牛顿环测量水的折射率实验马援奎摘要：由牛顿发现利用用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆环。

这种光学现象被称为“牛顿环”。

利用牛顿环的光学原理测量液体折射率，是一种十分可行的方法，本文中阐述了牛顿环的光学原理和测量蓖麻油折射率的实验原理,并研究出了具体的测量方法,最后对蓖麻油的折射率进行了测量,并得出了较为可靠地数据结果。

English abstract:By Newton found use in a large radius of curvature of the convex lens and a flat glass contact, with monochromatic light illuminate, appear with monochromatic light and shade is ring. This optical phenomenon is known as \"Newton ring\". Using the optical principle of Newton's rings measuring liquid refractive index, is a very feasible method, this article elaborated the Newton ring optical principle and the principle of measuring refractive index of castor oil experiment, and worked out the specific measurement method, finally, the refractive index were measured, castoroil and it is concluded that the more data results in a reliable way.关键词：牛顿环、折射率、逐差法Keywords:Newton's rings, refractive index, by differential method目录摘要 (6)关键词 (6)一、牛顿环 (7)（一）牛顿环简介 (7)（二）牛顿环原理 (8)二、牛顿环测量水的折射率 (9)（一）测量原理 (9)（二）实验测量方法 (10)（三）实验步骤 (10)（四）实验数据及其计算 (10)1、牛顿环测量空气的折射率 (10)2、牛顿环测量水的折射率 (12)3、水的折射率的计算 (13)三、误差分析 (13)四、实验结果及其结论 (14)五、结束语 (14)参考文献 (15)一、牛顿环（一）牛顿环简介17世纪初，物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时，把一个玻璃三棱镜压在一个曲率已知的透镜上，偶然发现干涉圆环，并对此进行了实验观测和研究。

液体折射率的测量文章通过运用几何光学的原理来测量液体折射率。

主要用掠入射法和牛顿环法两种方法测量不同浓度的食盐水的折射率，通过数据分析，对比两种方法，得出掠入射法比牛顿环法测量更加准确。

标签：掠入射；牛顿环；折射率折射率是反映透明介质材料光学性质的一个重要参数，对于研究物质的性质和构造提供重要的依据；在食品、化工、医药等领域，经常要检测液体的浓度，大多数液体的浓度和折射率有一定的关系，测量液体的折射率就显得非常重要。

测量液体折射率有多种方法，掠入射法、牛顿环法是物理研究上通用的方法，原理简单、方法易操作。

本论文通过这两种方法测量不同浓度的盐水折射率，并对实验结果进行分析、比较，以得出最佳方案。

1 掠入射法测量液体的折射率1.1 实验原理将折射率为n的待测物质放在已知折射率为n1的直角棱镜的折射面AB上，且n<n1。

若以单色的扩散光源照射分界面AB时，则从图1可以看出：入射角为90°的光线I将掠入射到AB界面，而后折射进入三棱镜并射到AC面，再经折射而进入空气。

除I外，其他光线在AB面上的入射角小于90°，因此经三棱镜折射后进入空气时，都在光线I’的左侧。

当用望远镜对准出射光方向观察时，视野中将看到以光线I’为分界线的明暗半荫视场。

一般情况下，待测物质的折射率有如下关系[1]：1.2 实验内容（1）将盐水按照质量浓度配比，配制浓度分别为2%，4%，6%，8%…22%，24%。

（2）调好分光计，包括将望远镜对无穷远调焦，并使其光轴垂直于仪器的主轴；调节棱镜的主截面也垂直于仪器主轴。

（3）将待测液体滴1～2滴在直角棱镜中的AB面上，使用顶角（∠A）为90°角的棱镜，并用另一辅助棱镜A’B’C’与AB面结合，使液体在两棱镜接触面形成一均匀液层，然后置于分光计棱镜台上，如图2所示。

（4）先用眼睛在出射方向观察半荫视场。

仔细调节使半荫视场的分界线位于棱镜。

（5）台近中心处，将望远镜叉丝对准分界线，记下两游标读数（v1，v1’），重复几次，取平均值。

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 mD 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。

师大学毕业论文论文题目：利用牛顿环测量水的折射率系别：物理系专业：物理学班级：09A班学生：马援奎学号：指导教师：袁海良职称：副教授最后完成时间：本科毕业论文（设计）题目审批表系别：班级：专业：本科毕业论文（设计）中期检查表系别：班级：专业：本科毕业论文（设计）指导教师评语系别：班级：专业：本科毕业论文（设计）答辩记录表系别：班级：专业：利用牛顿环测量水的折射率实验马援奎摘要：由牛顿发现利用用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆环。

这种光学现象被称为“牛顿环”。

利用牛顿环的光学原理测量液体折射率，是一种十分可行的方法，本文中阐述了牛顿环的光学原理和测量蓖麻油折射率的实验原理,并研究出了具体的测量方法,最后对蓖麻油的折射率进行了测量,并得出了较为可靠地数据结果。

English abstract:By Newton found use in a large radius of curvature of the convex lens and a flat glass contact, with monochromatic light illuminate, appear with monochromatic light and shade is ring. This optical phenomenon is known as \"Newton ring\". Using the optical principle of Newton's rings measuring liquid refractive index, is a very feasible method, this article elaborated the Newton ring optical principle and the principle of measuring refractive index of castor oil experiment, and worked out the specific measurement method, finally, the refractive index were measured, castoroil and it is concluded that the more data results in a reliable way.关键词：牛顿环、折射率、逐差法Keywords:Newton's rings, refractive index, by differential method目录摘要 (6)关键词 (6)一、牛顿环 (7)（一）牛顿环简介 (7)（二）牛顿环原理 (8)二、牛顿环测量水的折射率 (9)（一）测量原理 (9)（二）实验测量方法 (10)（三）实验步骤 (10)（四）实验数据及其计算 (10)1、牛顿环测量空气的折射率 (10)2、牛顿环测量水的折射率 (12)3、水的折射率的计算 (13)三、误差分析 (13)四、实验结果及其结论 (14)五、结束语 (14)参考文献 (15)一、牛顿环（一）牛顿环简介17世纪初，物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时，把一个玻璃三棱镜压在一个曲率已知的透镜上，偶然发现干涉圆环，并对此进行了实验观测和研究。

牛顿环的工作原理及其在测量液体折射率中的应用
李百芳;孙宝良;赵喆
【期刊名称】《物理通报》
【年(卷),期】2014(000)0z1
【摘要】以等厚干涉的方法，利用牛顿环实验的原理测量空气和液体的折射率，得到了比较准确的测量结果，是一种液体折射率测量可借鉴的方法。

【总页数】2页(P19-20)
【作者】李百芳;孙宝良;赵喆
【作者单位】沈阳药科大学辽宁沈阳 110016;沈阳药科大学辽宁沈阳 110016;沈阳药科大学辽宁沈阳 110016
【正文语种】中文
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一.实验的目的和意义1 .通过阿贝折射仪测水，糖水，玻璃的折射率，掌握阿贝折射仪的使用，同时了解掠入射法测定液体折射率，反射法和掠入法测固体折射率，即掌握使用阿贝折射仪测定物质折射率的方法，另外通过对葡萄糖溶液折射率的测定，确定其浓度。

2.通过自行搭建干涉装置，掌握分振幅法产生双光束以实现干涉的原理，观察非定域干涉条纹，掌握用干涉条纹计数法测量空气折射率的原理与方法。

3.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.实验基础知识与实验原理1.阿贝折射仪是测物质折射率的专用仪器，他能快速而准确地测出透明液体，半透明液体或固体材料的折射率。

阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，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，其中液体折射率由掠入射法测定而固体折射率由掠入法和反射法测定。

图 1 望远系统读数系统读书系统光路图图 2（阿贝折射仪）2.牛顿环测液体折射率,其中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。

图3（牛顿环）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。

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，有图4......)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nmR r m /2λ= （4） knR 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。

折射率测量方法综述冯明庆摘要：本文主要研究了晶体、液体、气体折射率的测量方法。

对晶体主要以V形棱镜法、最小偏向角法、掠入射法；对液体主要以用V棱镜折射仪测定液体折射率的可测范围、采用掠射法和牛顿环的实验装置测量液体折射率;对气体主要以利用经验公式求折射率的方法、用瑞利干涉仪测量空气折射率、利用激光干涉仪测量空气折射率。

另外还探讨了基于几何信息、光强、共振波长调制的三种新型折射率测量方法。

关键词：折射率掠入射法棱镜CCDMethods of measuring the refractive indexFeng MingqingAbstract：This paper mainly study crystal，liquid, gas refractive index measurement method. For the crystal，we mainy use the V-shaped crystal prism method, minimum deviation angle method，grazing incidence method; For the liquid,we mainly use the measured with the V prism refraction of the refractive index can be measured，use of grazing method and the Newton ring experiment used to measure the refractive index ；For the gas,we mainly use the empirical formula are the refractive index of the method，Rayleigh interferometer measurement of refractive index of air，using laser interferometers to measure refractive index of air。

牛顿环实验的分析与扩展研究摘要:通过对牛顿环等厚干涉原理的介绍,分析了牛顿环干涉图样中一些特殊图样的形成,同时,为了扩展牛顿环实验的应用,提出了利用牛顿环装置测量透明介质折射率的扩展实验。

关键词:牛顿环等厚干涉折射率测量Analysis and Extend Research of Newton’s Ring ExperimentAbstract:The equal thickness interference principle of Newton’s ring is introduced and some special interference patterns are analyzed. The experiment method of measuring refractive index of transparent liquid with Newton’s ring equipment is proposed to extend the application of Newton’s ring experiment.Key words: Newton’s ring; Equal thickness interference; Refractive index measurement在大学物理实验中,“等厚干涉实验”的典型例子是牛顿环实验和劈尖实验。

其中牛顿环实验作为光学基础性实验,对于学生加深对等厚干涉及半波损失概念的理解及读数显微镜的使用,发挥了重要的作用。

但是,随着社会对工科学生动手能力的培养及实践能力提高的要求,我们实验中心确立了“保证基础,加强提高,理工渗透,探索创新”的课程体系改革,不断进行教学改革模式,给学生提供了更多的自主学习机会,使他们的实验能力,创新能力得到提高。

如何在基础实验中使学生在实验的同时获得一定的探索性乐趣,笔者对牛顿环实验中出现的变形的原理及实验的扩展进行了分析。