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1、1评分评分： 大大学学物物理理实实验验设设计计性性实实验验实实 验验 报报 告告实验题目实验题目： 液体的折射率测定 茂名学院 物理系 大学物理实验室实验日期：实验日期：200 9 年年 12 月月 3 日日班班 级级：姓姓 名名：学学 号号：指导教师指导教师：陈丽娜实验实验 2323 液体的折射率测定液体的折射率测定实验提要实验提要实验课题及任务实验课题及任务液体的折射率测定实验课题任务 方案一方案一：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，
2、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。设计要求设计要求 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。 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。 测量 5 组数据， 。 应该用什么方法处理数据，说明原因。 实验结果用标准形式
3、表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。实验仪器实验仪器分光仪、钠光灯、毛玻璃与待测液体，实验提示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AB 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ABabcc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90cici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ACabcc i 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
4、镜的折射率与棱镜顶角、最小出射角 有如下关系：1nA i21sincossin1 AAin若在面加折射率为的待测液体，上述关系又如何。ABn提交整体设计方案时间提交整体设计方案时间学生自选题后 23 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。液体的折射率测定液体的折射率测定实验目的：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：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：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
5、测物体放在已知折射率为的三棱镜的折射面AB上,且.1n2n21nn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） 12sinnin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.）112sinsinn 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
6、 可以看出,三棱镜的棱镜角A与及角有如下关系i（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：222222sin1 sinsiniAni由此两个式子，可得： 222222222 2sinsinsinsincoscossinsincossinsincossintansincosiAiAiAiAiAiAiA所以棱镜的折射率为:A12nNiBC明暗图 1 iA（1.4）2222 22221111sinsintansincos1sinniiiA A2.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
7、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：i12n22 11111122222 22 11.sinsinsincoscossinsincossinsincossin1cossinsinsinsiniAAAAAAAAAnnnnn即所求液体的折射率为：（1.5）2 22 111sincossin1cossinsinsinAnAAA 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121n射率的
8、方法即为掠入射法，是基于全反射原理. 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。11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 ACAC22。则极限角： （1.6）21212实验步骤及内容：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。图 2(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
9、纳灯黄线谱的极限角，转动望远镜，使明暗区域的分界线与1远镜的双十字叉丝的竖直线重合，记录两游标的读数 和。重复测量 5 次，记下实11验数据。3.如图 2 所示,将待测液体滴在棱镜 1 的AB面上,并用另一毛玻璃AB的一个表面AB与AB面相结合,使液体在两棱镜接触面间形成一均匀液膜,然后置于分光计载物平台上.4. 测量液体对纳灯黄谱线的极限角， 再转动望远镜，利用自准直的调节方法，2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ACAC2。重复测量 5 次，记下实验数据。25.求出纳灯黄谱线的折射率，并计算其相对不确定度。1n注意事项：注意事项：1. 调节后的分光计在
10、使用中，不要破坏已调好的条件。 2. 镜头，平面镜和三棱镜切勿用手摸。 3. 不能强行扳转望远镜和游标盘。实验数据实验数据: :（三棱镜）1测量次数 1234511624 301621 301622 001623 001623 30 119625 0019621 0019622 3019623 3019623 0025537 305538 305538 005539 305538 30 223537 0023539 0023539 3023540 0023539 00（液体）2测量次数1234514545004546 004545 304545 304544 30 122546 3022547
11、 3022546 0022546 0022545 3025539 005539 005538 305538 005539 30 223540 3023540 3023539 0023539 3023540 00三棱镜的顶角为: 仪器误差=2()60A inst数据处理数据处理:1、极限角、：121121211155 37 0016 24 30235 37 00196 25 002239 13 000.685 同理可得1239 18 00 1339 17 000.6861439 17 000.6861539 16 000.68511112131415110.6850.6860.6860.6860
12、.6850.68655其不确定度为 B 类不确定度：； 20.000333instu211 1222221 110.6850.6860.6860.6860.6860.6860.6860.6860.6850.686) 4 0.0007niiSn （）（）（）（）（；2222 110.00080.0003 0.0007sUu同理可得：219 54 000.173 229 53 000.172 239 53 000.172 249 53 150.173 259 55 150.173 22122232425110.1730.1720.1720.1730.1730.17355222 1222221 11
13、0.1730.1730.1720.1730.1720.1730.1730.1730.1730.173) 4 0.0007niiSn （）（）（）（）（2222220.00080.0003 0.0007sUu2、液体的折射率： 2 22 1112 211 1 1222 1sincossin1cossinsinsin39.27cos60sin601sin 9.89cos60 sin9.891.3324sin601sinsin22coscos sincos1 () sinsin 1sin602sinAnAAAAnA A A 22122222222 1sin(2 9.89 ) cos60 cos9.890.58sin39.27cos601 () sin 9.89sin60sin22coscos11sin(2 39.272cos60 cos39.27 22sin39.27cos60sincos1 () sin 9.891 () sinsin60sinnAA A 0.34其相对不确定度为：1212114222222220.580.00080.340.00085 10rUUnnU 其不确定度为：1145 101.33240.0007rUnnU 实验结果：实验结果：所测量液体的折射率为： ；
