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1、光学三级实验固体及液体折射率测量的实验方法研究学生姓名：翁维易指导教师：王伟所在学院：物理学院所学专业：公费物理学中国长春2016年4月东北师范大学物理学院才商要：折射率是有机化合物最重要的物理常数之一，它可以表示为nG表示光在真空中的速度，C2表示光在介质中的速度。一般地说，光在两个不同介质中的传播速度是不相同 的，固体材料和液体材料的物理性质差异较大，所以要对它们采取不同的测疑方法。这里 通过 使用分光讣和牛顿环分别给出两种材料折射率的测量原理、方法和精度，并对实验结果 进行误差分析。关键i司：折射率分光计牛顿环误差分析Abstractthe refractive index is one
2、 of the most important physical constants of organic compounds, it can be expressed as n = , ci said the(2speed of light in a vacuum, ci said light speed in the medium* Generally speaking, the speed of light in two different media is not the same, the physical properties of solid material and liquid
3、 material is different, so to adopt different measurement methods to them. Here by using spectrometer and Newtons rings are two kinds of material refractive index measurement principle, method and the precision, error analysis and the experiment result.Keywords: refractive index, spectrometer, Newto
4、ns rings, and the error analysis1掠入射法测液体折射率1.1实验原理当钠光灯扩展光的光线以90。掠入射时，可以证明入射角为刃/2的光线1,将射到AB界而 而折射进入三棱镜内其折射角。应为临界角有sin a =七 / n(1-1-1)当光线1射到AC而，再经折射而进入空气时，设在AC而上的入射角为。，折射角为，有sin = n sinp(1-1-2)除光线1夕卜，苴他光线如光线2,光线3在AB而上的入射角均小于兀/2,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为分界线的明暗相间半明半暗的视场，如图所
5、示由图可以看出，三棱镜的棱镜角A与&及角0有几何关系可得：利用上式，并从(1TT)和(1T-2)两式中消去a和0,得=sill -sin2 cosAsin |.式中 * 为棱镜的折射率，0为极限角。1 2实验步骤(1) 将一、二滴被测液体均匀地滴在毛玻璃的表而，然后轻轻地贴在三棱镜的AB而上，使 液 体形成一均匀的薄膜：(2) 整体移动分光计或刻度盘使钠光灯大体位于AB光学面的延长线上，用眼睛在出射光的方 向找到一个明暗相间的分界线，再将望远镜转至该方位，这时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：(3) 使竖直“ + ”字叉丝对准明暗相间的分界线，将刻度盘固泄，记下左右游标
6、读数和摭(4) 转动望远镜AC而的法线位置，记下两游标读数孙和04，从而可求光线经过待测液体 的出 射极限角0。1.3实验数据处理（1）测左最小偏向角望远镜付曾1望远镜位置2(p (o)左游标读数 （。）右游标读数02（。）左游标读数 （o）右游标读数01（o）183.28263.22313.15133.2350.06283.36263.34313.17133.2750.13383.36263.33313.13133.2350.165平均值8333263.30313.15133.2450.118由表格讣算可知极限角0二50. 118计算极限角的不确左度A类不确立度-0)2 二0. 00045由
7、公式 n% = sin A yja sn（p2 cos 力 sing 得 =1. 31（2）计算待测液体折射率71*的不确龙度IU（ %）= J（宇）空）皈V cponsin Asin 、+.(.)2f/ri2 二0 018- sin Asin0cos二 is一 cos A cos (py U； yjir -sin2 (p匕二忑 U(J = 1 - 31+0.0182牛顿环测曲率半径和液体折射率2. 1实验原理东北师范大学物理学院（3）使显微镜的十字叉丝交点与牛顿环中心重合，向同一侧转动显微镜测微鼓轮，直到十字叉 丝与50环相切;(4) 反向转动鼓轮，记下每隔5环十字叉丝交点与暗环相切的读数(
8、5) 继续沿同方向转动鼓轮，越过干涉圆环中心，记录十字叉丝与另一侧的第门二环和第呼环相切时的读数，完成数据表格，利用公式计算曲率半径，并计算R的不确肚度。注意事项：(1) 牛顿环仪上的三个螺丝钉用于调整透镜和平板玻璃之间的接触情况，以改变条纹的形状和位卷。调整螺钉时，不可用力过大，以免接触压力过大而引起透镜弹性形变甚至损坏透镜。(2) 为了避免回程误差，读数过程中鼓轮应沿一个方向转动，中途不可倒转。(3) 测量直径时左右两边的序号不可搞错，否则测量将发生错误。2. 3实验数据处理(1)测疑牛顿环曲率半径数据数据表取m-n=25环的级别m5045403530平均值环的位置左(mm)5.585.0
9、94.654.183.72右(mm)5.585.134.734.213.80环的直径D mm)1L1610.229388.397.52坏的级别k252015105环的位置左(mm)3.202.491.771.020.00右(mm)3.252.541.831.030.00环的直径D ( mm)6.454.943.62.050.00Dm2(mm)124.55104.4587.9870.3956.55Dk?(mm)41.6024.403351.060.007D 2一Dt2 (mm2)82.9580.0584.63693356.5574.702由表格可知M=D 2-D 2=74.702 m k根据公式
10、(224可得R=0.94m计算曲率半径的不确泄度A类不确泄度SM = J 士器1(% 瓦)2二0. 0503相对不确左度Er=.=6.7%D 2-D 2SR = ErR=O. 06298mR=RS= 0.94006298mR(2)用牛顿环测量水的折射率实验数据数据表取m-n=25环的级别m5045403530平均值环的位置左 (mm)4.694363.923.553.10右(mm)4.734.403.963.493.09环的直径Dm( mm)9.428.767.887.046.19环的级别k252015105环的位置左(mm)2.60211.520.860.00右(mm)2.682.241.5
11、80.910.00环的直径D. ( mm)5.284353.21.770.00D2m(mm)8&776.73249.563&3Dk2(mm)27.8718.9210.24330.00东北师范大学物理学院Dm2Dt2 (mm2)60.8357.8154.4946.433&351.172由表格可知M=D 2-D 2=51.172 m k根据公式(2-2-4)可得水的折射率n=1.45计算该折射率的不确定度n的相对误差品= =) + (y4=f) XN的绝对误差为An = X n =0.12故 n 的折射率 n = nA =1.450.12 n3误差分析3. 1掠入射法测水的折射率系统误差：分光计自
12、身仪器误差，钠光灯不是严格意义上的单色光，不同波长光的折射率不同导致误差，水中含有杂质导致的误差，由于气温和大气的流动导致结果有误差。随机误差：分光汁游标读数时观测人员感官无规则变化导致的误差，实验台而有微小振 动导致入射光角度的变化所引起的误差。3. 2牛顿环测气体液体折射率系统误差：仪器存在误差。所测介质有杂质，气温和大气的流动都会影响结果。实验误差：做实验时数环数数错了，显微镜叉丝与显微镜移动时的方向不平行等。4结束语本次实验通过使用不同的方法测量物质的折射率，让我们深入了解测量折射率的实验原 理和作用，也让我们了解到做实验要耐心严谨才能得到精确完美的实验结果。3参考文献孙迎春，基础物理实验，长春：东北师范大学出版社，2015. 3.竺江峰，芦立娟，鲁晓东.大学物理实验M.中国科学技术出版社.2005. 9:212-219调节半阴视场
