液体折射率测定的设计与实现

液体折射率液体折射率 测测定的定的设计设计与与实现实现 班级班级 ：农机：农机 112112学号：学号： 201102120724201102120724姓名：顾宋佳姓名：顾宋佳 摘要：摘要：分光计又称光学测角仪，是一种分光测角光学实验仪器。分光计是一种具有 代表性的基本光学仪器，通过用掠入射法测三棱镜的折射率和设计实验测量 液体折射率。可以让我学好分光计的调整和使用，为今后使用其他精密光学 仪器打下良好基础。 关键词：关键词： 分光计、掠入射法、三棱镜、液体、折射率 一、一、引引言：言： 分光计是一种分光测角光学实验仪器。分光计是一种具有代表性的基本光学仪器，学 好分光计的调整和使用，可为今后使用其他精密光学仪器打下良好基础。 二、实验任务：二、实验任务： 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 三、实验仪器三、实验仪器 JJY 分光仪（本实验不提供平面镜），钠光灯，黑玻璃，三棱镜，水槽，水 四、实验原理四、实验原理 1.1.分光仪的调节分光仪的调节 （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。 1 （3）调节望远镜光轴及载物台面垂直于仪器中心转轴。调节步骤如下： 1.旋转载物台，使平面镜前后两面反射的十字反射像皆在视场内，说明：自习 调望远镜倾度调节螺钉，使之前后两面都能看到十字反射像，设其中一反射像与上 十字叉丝距离为 h。 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。 2.2.用掠入射法测三棱镜的折射率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i 1 和i 2 。记下转动望远镜 AC 面的法线位置，记下两游标读数i 3 和i 4 ，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ic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， 称为极限角。因此，用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。证明如下：其中棱镜的折射率n 与棱镜顶角A、最小出射角i 当一束光以入射角i射入三棱镜一光面上，由光折射定律可得： 三棱镜的折射率n1/ sin Asin2isin2A(sinicos Asin)2 由图 23-2 可得到几何关系r  r, A 2 当入射光平行界面入射时，入射角i=90，代入化简可得 sini cosA n 1  sin A 2 图 23-2 3.3.液体折射率的测量原理液体折射率的测量原理 将一、二滴被测液体均匀地滴在毛玻璃的表面，然后贴在三棱镜的AB 面上(此 动作要轻，不要使三棱镜位置发生移动 )， 使液体形成一均匀的薄膜 （液体不用过多， 过多就用吸脂棉吸收） 。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 1 和 2 。记下转动望 远镜 AC 面的法线位置，记下两游标读数 3 和 4 ，从而可求光线经过待测液体的出 射极限角。当钠光灯扩展光的光线以90°掠入射时，证明如下：由图23-3 可以 看出,入射角为 π/2 的光线 1,将射到 AB 界面而折射进入三棱镜内 .显然,其折射角 应为临界角 .因而满足关系式 sin =n x /n (23-1) 当光线 1 射到 AC 面,再经折射而进入空气时 ,设在 AC 面上的入射角为,折射角 为,有 sin  nsin  (23-2) 3 除光线 1 外,其他光线如光线 2，光线 3 在 AB 面上的入射角均小于 π/2,因此经三棱 镜折射最后进入空气时 ,都在光线 1 左侧.当用望远镜对准出射光线方向观察时,视 场中将看到以光线 1 为分界线的明暗相间半明半暗的视场,如图 23-2 所示. 由图 23-2 可以看出 ,三棱镜的棱镜角 A 与及角有几何关系可得： + =A 利用上式 ,并从(23-1) 和(23-2)两式中消去和,得 n x  sin A n2sin2cosAsin 上式中， n 为棱镜的折射率，为极限角。 图 23-3 五、实验内容及步骤：五、实验内容及步骤： (1)按照分光计调节要求和方法 ,调节分光计。 （2)用掠入射法测量出i 1 ，i 2 ，i 3 ，i 4 ，利用公式 1 2 1.6475 sin60 。 22(cos60 cos91912 )  （ 1.2）  （）（ 1.6 104） 2。 “。 “ 180 60 （ 1.6475 ）sin2919121.6475 2sin291912 .。 “ 2 。 “。 “sin60。sin91912 cos91912  求出极限角i，重复测量 5 次，求极限角平均值和不确定度并由此计算所给三棱镜 的折射率 n、不确定度 U(n)。 (3)如图 23-3 所示摆好实验仪器 ,将待测液体滴在三棱镜的AB面上,并用另一毛 玻璃AB的一个表面AB与AB面相结合 ,使液体在两棱镜接