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1、学校代码10722学 号 1007014143密级 公开分类号 G633.7本科毕业设计（论文）题目：测量溶液折射率与浓度的的关系作者姓名:.张一鹏专业名称:_物理学学科门类:理学指导教师：.李耀宗园1教授提交论文日期：O一四年四月成绩等级评定： 摘要本实验运用掠入射法测量透明液体的折射率。对于同种透明液体而言，在 同 一温度下其折射率会随浓度的变化而发生变化。本实验通过搜索相关资料， 查出 食盐在 20C 时的浓度与密度的关系，进而配制出相同体积不同浓度的食盐 溶液。 在所盛放待测液体的 底部用红笔做标记，用显微镜分别观察其不放液 体，盛放 液体其底部及盛放液体时液体表面红色漂浮物最清晰的像
2、的位置多次 测量并记录 将折射率的计算由光疏介质进入光密介质时入射角与折射角正弦 值的比值转化为 成像位置的比值。进而再对蔗糖运用同样的方法，通过软件拟 合，可得出透明液 体的折射率随浓度的增加而均匀的增加。本实验的优点在于将传统的测量折射率由在光疏介质进入光密介质时入 射角 与折射角的正弦值的比值转化为其成像位置差的比值，简单直接。采用同 种颜色 的标记物，避免色散产生的影响。并且配置相同体积不同浓度的溶液， 且进行了 多组测量取平均值，降低了由于实验精度不足所引起的误差。不足之 处在于标记 物的成像位置为间接测量，液体表面张力的存在，降低了实验的精 确度。关键词： 测量；溶液;浓度;折射率
3、1 引言光从真空射入介质发生折射式，入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值叫做 介质的“绝对折射率”。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。 本实验 研究的是光从空气中射入液体中入射角与折射角正弦之间的比值， 即为 相对折射率。透明液体介质折射率的准确测量对于颜色密度差别不大但但折射率变化 较大 的液体的准确快速的鉴别具有重要的意义。 而测量透明液体折射率与其浓 度的关系，可通过测量某透明溶液的折射率而简单快捷准确的得出其浓度。液体介质折射率的测量一般的主要方法有阿贝折射仪测定液体介质的折 射率， 折射极限法测液体介质的折射率，薄膜干涉法测液体介质的折射率及掠 入法测量液 体介质折射率等方
4、法。阿贝折射仪测液体的折射率优点在于只需测定出折射角 即可求得测定 液体的折射率n,但其折射角不易测量，且一般液体的折射率随浓度的变化不是很明 显，估此法所引起的误差可能较大。折射极限法测液体的折射率虽然所测 光路入射 角折射角的变化范围较大，但是需要测出入射角，出射角和三棱镜顶 角三组数据， 且计算公式较为复杂，因而不可取。薄膜干涉法是向液体表面滴 入油滴，用迈克尔 干涉仪观测环形条数的移动能较为准确的测量出结果，但是 其条纹不易标定，不易 观察出条纹具体移动的数目。本实验所采用的掠入法测液体介质的折射率，将测量入射角折射角的角度 转化 为测量其像的距离，简单易行，便于进行多组测量取平均值，
5、实验结果较 为精确。 2 测量原理与测量方法步骤21测量原理221显微镜的介绍1）显微镜的结构 光学显微镜简称光镜，是利用光线照明使微小物体形 成放大 影像的仪器。目前对光学显微镜而言，虽然其因型号的差异外形存在巨 大的差异， 但其基本的构造和工作原理却是非常相似的。本实验所选显微镜为 单目普通学生光 学显微镜。一台普通学生光学显微镜主要由机械系统和光学系统两部分构成，而光学系统则主要包括光源、反光镜、聚光器、物镜和目镜等部件。 机械结构包括镜筒，物镜转化器，镜臂，调焦器（粗准焦螺旋和细准焦螺旋），载 物台，倾斜关节，镜柱，镜座等结构。2）显微镜的使用方法（1）准备 将显微镜轻轻地从镜箱中取出
6、（挪动显微镜时应以右手握住镜壁，左手MV 关nmu牧豹仃-聚锻 Ms-诞蝇图卜显微镜的构造图托住镜座），放置在实验台的偏左侧位置。以镜座的后端离实验台边缘约610cm为宜。先检查显微镜的各零部件是否完有损伤。（2）对光 选取适宜倍数的物镜与目镜（本实验以物镜与目镜 X 10 的倍数 为 宜）。如若实验室自然光线不足，则打开试验台光源。转动粗准焦螺旋，升 高镜筒 或者降低载物台。调节物镜转换器，使低倍镜转到工作状态（即对准通 光孔），当 镜头到达所需位置时，便可听到轻微的扣碰声。（3）放置将盛放待测液体的空容器，将标记处与物镜的镜头对准，调节 粗 准焦螺旋降低物镜，当观测到较为清晰的像时继续降低
7、少许，后改为细准焦 螺旋升 高物镜，直至看到最为清晰的像为止。（4）重复操作，观测不同样本并记录数据。（5）将显微镜复原到原位置，整理仪器并装箱。2）显微镜使用时的注意事项（1）显微镜光学部分由于结构非常精细，在使用的过程中切勿用手触摸。（2）显微镜的零部件不可随意拆卸。需要更换零部件进行拆卸之后，组装时 必 须进行校准。（3）在更换待测溶液时，需要现将目镜转离载物台方可。（4）因本实验所测之物为溶液，所以在使用时必须保证载物台水平。（5）向容器中注入液体时，应小心注入并用玻璃棒引流。否则不仅造成溶液 浓 度的影响，还会造成显微镜载物台被污损。2 2 2实验测量原理如右图所示，分别测出目镜看到
8、空容器的底部标记物最清晰的像时载物 台与显微镜把柄平台的距离di,测量容器中移入待测液体时标记处成最清晰的像时载物 台与显微镜把柄平台的距离d2以及液体表面标记物成最清晰的像时的距离d3,人 在观察液体底部的像时，入射角和折射角分别为a,B。由相对折射率的定义公式d3图1-2测量液体折射率实验原理图由折射率的定义可知，折射率sin :-nsin -且 a =a ,以及由图可知在入射角很小的时候，可得sin : =sin ： :. tan = AAAB si：.tan 一 2O 二型AO AOAAsinsintan_：iAB AO tansin :- 1 一 AA 一 ABsin -AO由图可知
9、,AO = ds- d|AB = d3- d2d“ di-d222测量方法本实验采用分组测量的方法，将直接测量光线的入射角与折射角角度的大 小转化 为测量其像的位置的变化，再进一步转化为显微镜把柄平台分别到载物 台的距离 di， 至V液体底部的距离d2以及到液面的距离d3,即，AO=d3d.,3- iAB二d3-d2o并进行五组测量，取每组数据的平均值。代值求结果，利用orange数据合成软件绘出其拟合曲线及其曲线的线性方程。23测量步骤1 ）调试光学显微镜，将目镜与物镜都换成X10的倍数。保持载物台水平。2）用红笔在将盛放待测透明溶液的容器底部作“十”字形标记，放入载 物台中央 物镜聚焦容器
10、底部标记处。3 ）用粗准焦螺旋将物镜下调到尽可能低的位置，用细准焦螺旋逐渐升高 物镜， 直至出现最清晰的标记。记录多组数据，选出五组较为接近的读数，整 理求平均值。4 ）移开物镜，容量瓶中所配制溶液用玻璃棒引流至标记容器中。物镜聚 焦标 记处，用细准焦螺旋螺旋继续升高物镜，观测其最为清晰地像，多次测量并记录数据， 选出五组较为接近的读数，整理求平均值。5 ）移开物镜，向液面撒入研磨很细的红色粉笔灰。待液面的漂浮物达到静止时，物镜聚焦漂浮物，用细准焦螺旋螺旋继续升高物镜，观测其最为清晰 地像，多次测量并记录数据，选出五组较为接近的读数，整理求平均值。6）重复 4）和 5）中的操作。7）将所得数据
11、输入到 orange 软件中，绘制其线性曲线图像及其函数式8）运用同样的方法对配置的蔗糖和酒精溶液进行测量并绘图。3 溶液的配置31查阅溶质的浓度与密度的关系并计算溶质的质量通过查阅相关资料，得实验在 20C 时浓度与密度的关系，并计算 50ml 实 验溶液中溶 质的质量，如表 2-1 所示：浓度2468101214161820密度1.011.021.041051.071081.101.111.131.14g/ cm2466801275890685660856211907993溶质1.012.053124.22535& 517.708.9210.111.4质量284434678780g表2-1
12、查阅相关资料并计算出50ml蔗糖溶液溶液中溶质的质量与密度的关系如表所示浓度02468101214161820密度0.991.001.021.021.021.031.041.051.061.071.08g/ cm823460151885185594928143646249003460214709593溶质00000.470701.251992.89396521645827质量8390547823g表 2-2查阅相关资料并计算出 50mLW 精溶液中溶质的体积与密度的关系如表 2-3所示体积浓度0102030405060708090100密度0.990.980970960940930900880
13、85082078g/ cm3823422698014806016916551932926934溶质05101520253035404550体积cm 3表 2-332溶液的配制3 2 1检查。溶液配制之前检查实验所需的 10烧杯，容量瓶，胶头滴管及精度为 0.001 克的电 子秤是否完好。3 2.2 食盐溶液的配制。1) 将实验所需的烧杯分别边上 1 10共 10组号码。2) 调试放入虑纸的电子秤，由小到大称量所需的 10 组溶质，倒入相应的 编号的烧杯中3) 向各烧杯中注入3040ml蒸馏水，用玻璃棒搅拌溶解。至溶质完全或 者几乎完全溶解。4）用玻璃棒引流分别将蒸馏水以及各组溶液移入50ml（20 C ）的容量瓶中。用蒸馏水冲洗配制溶液的烧杯，继续移入容量瓶中，重复 23 次。5）用胶头滴管定容，至距液面23mm寸双眼平视溶液的凹液面，逐滴滴入, 直至是容量瓶中的液体的凹液面与刻度线相切。6）拧紧容量瓶塞口，摇匀。7）蔗糖的溶液配制方法与食盐溶液相同。而酒精溶液的配制改称量质量 为 用量度为001ml的滴定管测量酒精的体积。4 溶液折射率的实验测定41测量仪器的选取普通光学单目学生显微镜，100ml烧杯十一只，胶头滴管，玻璃棒，容积
