液体的折射率测定.doc

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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：2009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，用望远镜对棱镜的另一个折射面AC进行观测。在界面上图中光线、、的入射角依次增大，而光线为掠入线（入射角为），对应的折射角为临界角。在棱镜中再也不可能有折射角大于的光线。在界面上，出射光、、的出射角依次减小，以光线的出射角为最小。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：棱镜的折射率与棱镜顶角、最小出射角有如下关系：

若在面加折射率为的待测液体，上述关系又如何。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。

液体的折射率测定
实验目的：
1.巩固对分光计的使用方法。
2学习用掠入射法测定液体折射率。
实验仪器：
分光计、钠光灯、三棱镜、少许脱脂棉、酒精、毛玻璃及待测液体(水、酒精)
实验原理：
1.三棱镜折射率的测量
如图1所示，将折射率为的待测物体放在已知折射率为的三棱镜的折射面AB上,且.若以单色的扩展光源照射分界面AB时,则从图1可以看出,入射角为90的光线1,将射到AB界面而折射进入三棱镜内.显然,其折射角i应为临界角.因而满足关系式
（1.1）
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
（1.２）
A
1
2
n
N
i
B
C

明
暗
图1

除光线1外,其他光线如光线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为分界线的明暗半荫视场,如图1所示.
由图1可以看出,三棱镜的棱镜角A与及角有如下关系
（1.3）
而棱镜的折射率与上述方法相似，当取得极限角时,根据图2由三角形角之间关系可得出：

由此两个式子，可得：
所以棱镜的折射率为:
（1.4）
2.液体折射率的测量
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，就可以实现对液体折射率的测量。
应用式（1.1），（1.2）、（1.3）和（1.4）且消去、、、后可得：

即所求液体的折射率为：
（1.5）
因此，当取得极限角时，用分光计分别测出，三棱镜与加工后的三棱镜对纳灯发出的黄谱线的极限角、，即可由式（1.5）计算出待测液体的折射率．上述测定折射率的方法即为掠入射法，是基于全反射原理.

图2
按照图2所示，纳灯发出的光经棱镜折射，转动望远镜，使明暗区域的分界线与望远镜的双十字叉丝的竖直线重合，记录两游标的读数和。再转动望远镜，利用自准直的调节方法，测出面的法线方向（即使望远镜的光轴垂直于面），记录相应的两游标读数和。则极限角：（1.6）
实验步骤及内容：
1.分光计调节
(1)目测粗调，目测调整望远镜光轴、平行光管轴、载物台平面、三者大致垂直于分光计中心旋转轴。
(2)望远镜调焦到无穷远，适合观察平行光。
(3)利用二分之—调节法，调节望远镜的光轴和仪器转轴垂直。
2.测量三棱镜对纳灯黄线谱的极限角，转动望远镜，使明暗区域的分界线与
远镜的双十字叉丝