测量透明液体折射率的一种新方法

测量透明液体折射率的一种新方法 引言的 公 式 不 难 发 折射率是常用的光学参数之一,测量物体的折 现 n的 达 式 x 中 含 有 n,A,γ在许多研究领域有着重要意义。测量折射率的 3 三 个 参 数 ,所 以 方法有最小偏向角法、阿贝折射仪临界角法、 求 得 的 精 确 度 法等。在普通物理光学实验中,我们测量液体 射率 n 的方法起来可分为两大类,一是几 必 然 会 受 到 一 定的限制。 学法,根据折射定律,通过测量有关角度来求 作 者 通 过 V 棱镜折射法,最小偏向角法,掠入射法二; 是 对 2011 年 中 国 光学法,如牛顿环法、劈尖干涉法、迈克尔逊干 大 学 生 物 理 学 法,布儒斯特定律法。在普通物理实验中,使用 图 1 掠入射法测量液体折射率图 术 竞 赛 第 11 题 入射法测量透明液体折射率属于几何光学法。 Fingerprints 研究表 明采用本 方 法 可 以 有 效研究的是用类似的方法,设计一种新的仪器模 减少与待测折射率有关的参数,简化后的实验原测量透明液体的折射率。 如下,如图 2 所示,在上下均匀的透明圆柱形玻实验原理 在大学物理光学实验中,采用掠入射 容器中注入待测液体,当入射光线进入液体时法测量液 射率,如图 1 所示,在毛玻璃,或三 中有一部分光线将平行于圆柱体的表面,其出射棱镜毛面, 最大,这样就会在出射视场中看到一个明暗分 棱镜之间夹少量待测液体,当入射光线进入液 线,由其对应角与液体折射率的关系即可测出液 ,其中有一部分光线将平行于三棱镜的表面, 折射率。设待测射角最大,这样就会在出射视场中看到一个明 界线,由其对应角与液体折射率的关系即可测 液体的折射率为 η,记玻璃容器 值,阿贝折射仪即是利用此原理测量液体折射 x 。设待测液体的折射率为 n,已知三棱镜的顶 的 折 射 率 为 η, x 测量出射视场中 和折射率 n,测量出射视场中明暗分界线与法 掠入射法测量液体折射率图线的夹角γ ,由几 明暗分界线与法 3 线 的 夹 角 θ,根 系可得,A,γ-γ,根据折射定律可得液体折射 612 22据折射定律可得 ,n= n-sinγsinA+cosAsinγ 姨x3 3 液体折射率为, 改进后测量液体折射率原理示意图 2该方法虽然原理简单,便于操作,但观察最 终 进一步改进实验,可以使用更高精度 分光计测量出射角,从而得到更精确的待 射率。分光计主要由望远镜、平行光管、载 出射角 θ计算结果表 6 测量数据 数据类型 实验组数 x/cm m/cm (m-h-a)/cm 第一组2.00 18.10 7.60 第二组4.00 18.06 7.56 第三组6.00 18.12 7.62 第四组8.00 18.01 7.51 读数盘和底座等组成。 为了精确测量角度 必须三聚焦,即目镜对叉丝聚焦,“” n=1,若需要更高的精度,此处取空气折射率 0 望远 2折射定律可得待测液体折射率η =nsinθ+1 。 姨x0 6远聚焦,平行光管对狭缝聚焦,及三个“在此基础上 设计了一种 测量透明液 体折射率 垂 台、望远镜及平行光管主光轴对仪器轴仪器模型。示意图如图 3,通过测角计算待测液体 垂 由实际操作和实验结果可知,这种测 射率的实验方法,重复性好,准确度高。 除 折射率,实验中选用无水 CHOH 作为待测液体 25它还具有操作简便等优点。 行验证。 实验仪器参数 参考文献:杯高 h=10.00cm 杯底厚度 [1] 曾勃,黄子强,孙久勋.一种简便的测量a=0.500cm 观测点与入射 折射率的方法[J].光电子技术与信息,20 点水平距离 l=19.40cm [2] 杨俊才,何焰蓝.大学物理实验[M.]北京 业出版社,2004. [3] 李志鸿.几种新型折射率测量方法的原 [J].中国科技信息,2007,,12,. [4] 陈余行,马振斌. 最小偏向角法测量 N 浓度和折射率[J].实验科学与技术,2010 [5] 黄龙文.V 棱镜折射仪测定液体折射率 围[J].物理实验,1996,,5,. [6] 李晓莉.牛顿环法测液体折射率的实验