液体固体折射率的测定(课题)

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。

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：21sin cos 'sin 1⎪⎭⎫⎝⎛++=A A i n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。

液体折射率和平均色散的测定(实验报告)实验目的：1.熟悉使用菲涅尔角法测定不同液体的折射率。

2.通过实验，了解折射率与波长的关系，进而得出液体的平均色散。

实验原理：折射率是物质对光传播速度的影响程度，根据过去研究发现，当入射角为接近零度时，折射率与菲涅尔反射角度之间的关系为（n1-1）×cotθi=(n2-1/n2)×cotθt其中，n1和n2是入射介质和出射介质的折射率，θi和θt分别是入射角和透射角。

在本实验中，将入射介质定为空气，视为折射率为1的介质，因此上式可以改写成n2=sin (θi+θr) / sin θi即n2=tan[(θi+θr)/2]/tan(θi/2)具体地，通过调节入射角，使反射光和透射光之间呈现出最小反射，最大透射的状态；此时，θi+θr=90°，可以得到n2=2/tan(θi/2)液体中的折射率可以通过测量不同液体中的入射角θi和出射角θt，可以利用上面的公式计算出来。

而平均色散指折射率随波长的变化率，它可以通过测量不同波长（通过滤色片实现）光的折射率而得到。

利用柯西(Cauchy)公式，将不同波长下的折射率进行拟合，就可以得到液体的平均色散。

实验设备：入射角仪（菲涅尔反射角法）,液体样品,光源,滤色片。

实验过程：1.首先，测量出空气的折射率。

将光源对准仪器，移动样品盘拨开液体，使仪器读数为角度0，这时的角度即为在空气中入射角θi，利用菲涅尔反射和折射的现象，可得出折射角θt，接着求取空气的平均折射率n1，该值为1.00000。

2.测量其他液体的折射率。

分别取不同的液体倒入样品盘中，测量它们的折射率。

每次测量前，确定样品盘的初始位置为θi=0。

将入射光源对准仪器上的刻度，调整样品盘，使液体表面与水平面成一个光滑的浅凹面，对准光源，通过滑动样品盘，调整出光和反光几乎无差别的状态，可得出此时的角度φ。

根据上述原理计算出折射率n。

3.测量液体的折射率随波长的变化。

3—8 液体折射率的测定折射率是物质的一种重要光学常数。

在生产和科学研究的许多部门中都会遇到折射率的测量问题。

物质的折射率和光的波长有关，平时所说的折射率是指对钠黄光（nm 3.589=λ）的折射率。

本实验要求掌握液体折射率的测量方法；了解用掠入法测定折射率的原理；了解阿贝折射计的工作原理，并掌握其使用方法。

一、[仪器及用具]阿贝折射计、蒸馏水、酒精、光源（钠光灯）二、[实验原理]当把折射率为n 的待测物质放在已知折射率为N 的直角棱镜的折射面AB 上，且N n <。

若以单色的扩展光源照射分界面AB 时，则从图3—8—1可以看出，入射角为2π的光线，将掠射到AB 界面而折射进入三棱镜内。

显然，其折射角i '应为临界角，因而满足下面的关系式：Nn i ='sin （3-8-1） 当光线1射到AC 面时，再经过折射而进入空气，设在AC 面上的入射角为ψ，折射角为ϕ，则有：ψϕsin sin N = （3-8-2）除光线1外，其他光线例如光线2在AB 面上的入射角均小于2π。

因此，经三棱镜折射最后进入空气时，都在光线1的左侧。

当用望远镜对准出射光方向观察时，视场中将看到以光线1为分界线的半暗半明视场，如图3—8—1所示。

由图3—8—1可以看出三棱镜的棱镜角A （当i A '>时）与角i '及角ψ有如下关系：ψ+'=i A （3-8-3）应用上式，并从（3-8-1）和（3-8-2）两式中消去i '和ψ后可得：ϕϕsin cos sin sin 22A N A n --= （3-8-4）图3—8—12 ′如果棱镜角090=A ，则： ϕ22sin -=N n因此，当直角棱镜的折射率N 为已知时，测出ϕ角即可算出待测物质的折射率n 。

上述测定折射率的方法称为掠入法。

应用阿贝折射计测定透明液体或固体的折射率的方法，就是应用掠入法，它是基于全反射的原理。