水和酒精的折射率的测量

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1、1牛顿环测量液体折射率序 言液体折射率的测量在实际生活中有很多用途，测量方法也多种多样，也各有利弊。在学完大学基本物理实验后对液体测量有了新的想法，主要利用的牛顿环和劈尖干涉来测量液体折射率。在研究 光的干涉和衍射过中，都在空气中进行，即 n=1。只要将装置放在被测液体中，那么 n 就可以被测量出来。原理上有很强的可行性和可操作性，是较为理想的测量方法。在实际测量中要注意实验操作和数据分析。其优势在于结果误差小、快捷和原理简单。1、实验目的1.了解牛顿环的结构2.学会使用牛顿环测量液体（水和酒精）的折射率2、实验原理长为 x 当以波的钠黄光垂直照射到平凸透镜时上，由液体膜上，下表面反射光的光程

2、差以及干涉相消。如图 1 所示。即暗纹条件：(1).)2,0(/)2(/2nne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 为条纹半径） ，代入(1)式，有Rr/2(2).)2,10()(/2 nRnr则暗纹半径(3).),(/kk若取暗纹观察，则第 m，k 级对应的暗环半径的平方(4)nRr/2(5)n两式相减得平凸透镜的曲率半径 (6)/()(2nmrn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1(7)(4/)(2nmDR

3、nm同理对于空气膜，则(8)(/2n式（7）与（8）相比，可得：)(4/2 nmn (9) 由（9）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。图 1三、实验方法选择方 法 1： 劈 尖 干 涉 测 水 的 折 射 率实 验 原 理 ：将 俩 块 平 板 玻 璃 叠 放 在 一 起 ， 一 端 用 细 丝 将 其 隔 开 ， 则 形 成 以 劈 尖 形 空 气薄 膜 。 如 图 下 图 2 所 示 ， 若 用 单 色 平 行 光 垂 直 入 射 ， 在 空 气 劈 尖 的 上 下 表 面 发射 的 俩 束 光 将 发 生 干 涉 。

4、 干 涉 条 纹 是 一 组 明 暗 相 间 的 等 间 距 的 直 条 由此可得，条纹间sin210dj距为：aixsnco22对于空气来说： i21所以 。即，只要得到在空气和水中的条纹间距就可以计算出液体的折21xn率。1图 2方法 2：最小偏向角法实验原理：在三棱玻璃柱内灌满液体水，利用分光计测定最小偏向角 。根据所学的知识，在入射光线和出射光线出于光路对称的情况下，偏向角最小，记 。可以证m明液体折射率 n 与棱镜角 A、最小偏向角 有如下关系： 。2sim图 3 因此，只要测出 A 和 就可以求出液体折m射率 n。方法 3：利用牛顿环测液体（水）折射率 实验原理：牛顿环仪是由待测平

5、凸透镜 L 和磨光的平玻璃板 P 安装在金属框架 F中构成的。如图 1 所示，牛顿环是由等厚干涉形成的干涉条纹。根据所学的知识，任意俩干涉环的半径平方差和干涉级及序环数无关， 而只与两个环的序有关 ， 即 。Rmnrm)(212在 空 气 中 ，n=1， 在液体中，n 值为被测值。利用牛顿环原理，有公式：km)(1212在空气中： Rjnrjj2在液体中，令 ，两式相比可以得到： ，故只要分jk112 rjjmn21别测出在空气中和水中牛顿环相同干涉级下的环的半径做比即可。1四、测量方法选择（ 1） 假 定 测 10 个 环 的 直 径 。 从 圆 心 处 先 向 左 数 10 个 环 ， 然

6、 后 一 次 再 向 右 测 量 。直 到 测 到 右 边 的 10 个 环 为 止 。（ 2） 假 定 测 10 个 环 的 直 径 。 从 圆 心 向 左 移 动 ， 移 过 了 几 个 环 后 在 开 始 数 十 个环 ， 然 后 再 依 次 向 右 记 录 数 据 。（ 3） 假 定 测 10 个 环 的 直 径 。 从 圆 心 向 左 移 动 ， 移 过 了 几 个 环 后 在 开 始 数 十 个环 然 后 数 到 第 十 个 环 时 多 数 几 个 ， 倒 回 到 第 十 个 环 处 依 次 向 右 记 录 数 据 。 （ 4） 由 以 上 的 方 法 可 知 ， 方 法 （ 1）

7、 在 圆 心 处 记 录 的 数 据 时 ， 由 于 圆 心 处 的 环比 较 粗 ， 所 以 误 差 比 较 大 。 方 法 （ 2） 的 避 开 了 圆 心 处 的 不 足 ， 但 是 在 十 环 处 就 记录 数 据 会 产 生 回 程 误 差 。 这 也 会 造 成 很 大 的 误 差 。 方 法 （3） 都 避 开 了 （ 1） (2)所 造成 的 误 差 ， 所 以 选 择 方 法 （ 3） 测 量 。五、仪器的选择钠灯、酒精（75%） 、水、牛顿环、显微镜显微镜的 ，读出的数比较精确。根据 B 内不确定度可知，m01.，A 内不确定度由所测数合成。当合成 C 内不确定度的数值会很

8、056.小，则所测的误差很小。考虑到实验室的仪器，读数显微镜可以使用。六、测量条件（1）在显微镜下能够观察到清晰的牛顿环（2）视场中显微镜十字叉丝能够垂直（3）当测量液体时液体膜内不会充有空气七、试验步骤1. 将 牛 顿 环 放 置 在 读 数 显 微 镜 工 作 台 毛 玻 璃 中 央 ， 并 使 显 微 镜 镜 筒 正 对 牛 顿环 装 置 中 心 ， 点 燃 钠 光 灯 ， 使 其 正 对 读 数 显 微 镜 物 镜 的 反 射 镜 。2.调 节 读 数 显 微 镜（ 1） 调 节 目 镜 ： 使 分 划 板 上 的 十 字 刻 线 清 晰 可 见 ， 并 转 动 目 镜 ， 使 十 字

9、 刻 线 的横 刻线 与 显 微 镜 筒 的 移 动 方 向 平 行 。（ 2） 调 节 反 射 镜 ： 是 显 微 镜 视 场 中 亮 度 最 大 ， 这 时 基 本 满 足 入 射 光 垂 直 于待 测 透 镜 的 要 求 。（3）转动手轮：使显微镜筒平移至标尺中部，并调节调焦手轮，使物镜接近牛顿环装置表面。（4）对读数显微镜调焦：缓缓转动调焦手轮，使显微镜筒由下而上移动进行调焦，直至从目镜视场中清楚地看到牛顿环干涉条纹且无视差为止；然后再移动牛顿环装置，使目镜中十字刻线交点与牛顿环中心大致重合。3. 观察条纹的分布特征。各级条纹的粗细是否一致，条纹间隔是否一样。4测量暗环的直径。转动读数显微镜读数鼓轮，同时在目镜中观察，使十字刻线由牛顿环中央缓慢向一侧移动。再倒回记录数据。分别数20个环并将所测数据记入数据表格中。5.测量水折射率时现在牛顿环的平玻璃上滴上一滴水，盖上凸透镜，拧紧三个螺丝，但不能太紧。重复（1） （2） （3） （4）步骤。16.测量酒精同5。8、 参 考 文 献【1】 大学物理实验编写组编大学物理；【2】普通高等教育“十一五”国家级规划教材光学教程 。【3】普通高等教育“十一五”国家级规划教材力学、热学部分 （第四版）