《实验九 用掠射法测定透明介质的折射率》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验九 用掠射法测定透明介质的折射率（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验九 用掠射法测定透明介质的折射率目的1. 掌握用掠射法测定液体的折射率。2. 了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法。实验内容练习一 用掠入射法测定液体折射率 仪器和用具：分光仪，三棱镜（两块），单色光源（钠灯），等待测液体（水、酒精），读数小灯 毛玻璃。原理将折射率为n的待测物质放在已知折射率为竹的直角棱镜的折射面AB 上,且（nn1） 若以单色的扩展光源照射分界面AB,则从图41可以看出：入射角为疗/2的光线I将掠 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，应满足关系Cnsm i =-41）cn1当光线I射到AC面，再经折射而进入空气时，设在AC面上的入射角为
2、0，折射角为9， 则有4 2）sin 9 = “Sin 0除入射光线I外，其他光线如光线II在AB面上的入射角均小于疗/2,因此，经三棱镜 折射最后进入空气时，都在光线I的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时，在视场中 将看到以光线I，为分界线的明暗半荫视场，如图41所示。由图4 2可以看出，当三棱镜的棱镜角A大于角i时，A、i和角0有如下关系CC4 3）A = i +0c将（4一1）, （42）和（4 3）消去ic和0后可得：1n = sin A 2 一 sin2 9 一 cos A sin9（44） 1若棱镜角A等于90度，则上式简化为:45）因此，当直角棱镜的折射率n1为已知时，测出P角
3、后便可计算出待物质的折射率n。上 述测定折射率的方法称为掠入射法，是应用全反射原理。（问：如果Avi时，式（4 3）, （4C4）将有何变化？观察的现象有何变化？）测量（1）按实验三有关内容将分光仪调节好，即应用自准直法将望远镜对无穷远调焦，并 使其光轴垂直于仪器的转轴；调节棱镜的主截面也和仪器的转轴垂直。（2）按图4 3所示，将待测液体滴一、二滴在直角棱镜的AB面上，用90度角作为 棱镜顶角A,并用另一辅助棱镜（A（ B1 C）的一个表面A B与AB面相合，使液体在两棱 镜接触面间形成一均匀液层，然后置于分光仪载物台上，（注意棱镜的放置方法）。（问:可否 不用辅助棱镜？）1直角棱镜 2辅助棱
4、镜 3钠灯 4毛玻璃屏5 待测液体薄膜 6 用望远镜观察到的半荫视场（3）点亮钠灯照亮毛玻璃屏4,将它放在折射棱B的附近，先用眼睛在出射光的方向 观察半荫视场。旋转载物台，改变光源和棱镜的相对方位，使半荫视场的分界线位于载物台 近中心处，将载物台固定。转动望远镜，使望远镜叉丝对准分界线，记下两游标读数VI， V2），重复测量几次，分别取平均值。（4）再次转动望远镜，利用自准直的调节方法，测出AC面的法线方向（即使望远镜 的光轴垂直于AC面），记下两游标读数（V1,V2）。重复测量几次，取其平均值。由此可 得P =1/2(V1V1)+(V2V2)（5）将p值代入（45）式，即得n = *n 2
5、一 sin 2 p如果棱镜角A不等于90度，则将P值代入（44）式计算出n。（6）依同样方法，重复以上步骤，测定另一种液体的折射率。注意事项：（1）注意观察看到的现象是否准确？（如何判断?）（2）辅助棱镜AB C的作用是让较多的光线能投射出到液层和折射棱镜的面AB上，使 观察到的分界线更为清楚。两棱镜之间的液层一定要均匀，不能有气泡。滴入液体不宜过多 避免大量液体渗漏在仪器上。（3）改换另一种被测液体时，必须将棱镜擦拭干净。练习二 用阿贝折射计测定透明介质的折射率原理和仪器描述阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器。测量范围为1.31.7，可以直接读出 折射率的值，操作简便，测量比较准确，
6、精度为 0.0003。还可测量出不同温度时的折射率。 测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高。阿贝折射仪也是根据全反射原理设计的。它有两种工作方式，即透射式和反射式。阿贝 折射仪中的折射棱镜ABC和照明棱镜AW 都是直角棱镜，由重火石玻璃制成。照明棱 镜的A，B，面经过磨砂，使透射式测量作漫射光源用。折射棱镜的BC面也经过磨砂，供反 射式测量作漫反射光源用。透射式测量光路如图44 （ a）所示。将折射率为n的待测物质放在折射率为竹的直 角棱镜的斜面上，其棱角为A,并用光源S照明。如果介质的折射率nn1，这时与图41 相同，经棱镜 ABC 两次折射后，由 AC 面射出的光束，在望
7、远镜视场中将观察到半荫视场， 明暗分界线就对应于掠面入射光束，测出AC面上相应的临界出射角P，即可应用（44） 式计算出 n。应用阿贝折射仪测定固体折射率时不用照明棱镜。对于加工有两个抛光面的固体样品， 则光路可采用如图 44（ b ）所示的透射式测量，对于加工只有一个抛光面的固体样品。 则可采用图 44（ c ）所示的反射式测量。用光源S （一般为自然光）照亮折射棱镜上的磨砂面BC,使之成为一个扩展的平面光 源，从面上各点发出的光线I、II射抵AB面上的E点时，入射角均不相同。其中入射角大 于临界角iC的，都发生在全反射后再由AC面射出，同样，在望远镜对准观察时，亦可 看到半荫视场，只是明暗
8、分布恰与透射光的视场分布相反，其临界出射角 p 为最大，而且视 场中明暗的对比也不如透射光明显，这是由于照射在AB面上那些小于临界角的光线，也会 在AB面上产生部分的反射。测出AC面上的临界出射角P，仍44 式,计算待测固体的折 射率。测定时，将待测样品的抛光面与折射棱镜AB面紧密的叠合在一起，中间添加一层接触 液，形成均匀的液膜，其折射率应大于样品的折射率（例如-溴代萘，nD=1.66）,当折射 率大于1.66时。可用二碘甲烷（nD=1.74）进行测量，可以证明接触液的加入，并不影响计 算公式 44 的适用性。阿贝折射仪的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统如图 45 所示。用* 一 4
9、望远系统：光线经反射镜1 反射进入照明棱镜2 及折射棱镜3，待测液体放置在棱镜2 与3 之间，经阿米西消色差棱镜组4抵消由于折射棱镜待测物质所产生的色散，通过物镜5 将明暗分界线成像于分划板6上，再经目镜7和 8放大成像后为观察者所观察。阿米西消色差棱镜组由两个完全相同的直视棱镜组成，每一个直视棱镜又由三个分光棱 镜复合而成。棱镜I和II啲介质相同，与棱镜II互为倒置，并使钠黄光（D线）能无偏向地 通过，但对波长较长的红光（C线）、波长较短的紫光（F线），因复合棱镜的色散，将产生 相应的偏折，其主截面如图555 所示。消色差棱镜组通过一个公用的旋钮调节，使之绕 望远镜的光轴沿相反方向同时转动，
10、转动的角度可从读数盘上读出。在平行于阿贝折射棱镜 的主截面内，产生一个随转动角度改变的色散，色散的方向和数值的大小均可变化，以抵消 由于折射棱镜和待测样品产生的色散，使半荫视场清晰、界线分明。从消色差棱镜组转动的 角度，对照仪器的附表，便可查得样品的平均色散np-nCo读数系统：光线由小反光镜14经毛玻璃13照明刻度盘12，经转向棱镜11及物镜10 将刻度成像于分划板9上，再经目镜7、 8放大成像后为观察者所观察。国产2W （WZS 1）型阿贝折射仪的外形如图47所示，图中13为阿贝棱镜组，下面 的棱镜为辅助照明棱镜，上面的棱镜为折射棱镜，它们整个连结在一个可以旋转的臂上。当 旋转手轮2 时棱
11、镜组同时转动，可使明暗分界线位于视场中央，并与测量叉丝的交点对准。 视场里的分度标尺上有两行刻度，一行可以直读折射率的数值，另一行刻有百分浓度，作为 测定糖溶液浓度的专用标尺。154-5S4-7测量(一)液体折射率的测定1)转动棱镜锁紧手柄12,打开棱镜，用脱脂棉沾一些无水酒精将棱镜面轻轻擦干净。 在照明棱镜的磨砂面上滴上一二滴待测液体，旋紧棱镜锁紧手柄，使液膜均匀，无气泡，并 充满视场。(2) 调节两反光镜4及18,使两镜筒视场明亮。(3) 旋转手轮2使棱镜组13转动，这是在望远镜视场中可观察到明暗分界线上下移 动，同时旋转阿米西棱镜手轮10，使视场中除黑白二色外无其它颜色，当视场中无色且分
12、 界线在十字线叉丝中心时，观察读数显微镜视场右边所指示的刻度值，即为待测液体的折射 率n的数值。如图4一8所示，n=1.330。(4) 依同样的方法，重复上述步骤13次，测量另一中待测液体的折射率，并与方法 一测得的结果比较，分析测量误差。二、固体折射率的测定自行设计实验步骤，测定玻璃样品的折射率。注意事项：(1) 测量工作开始前，注意做好棱镜的清洁工作,以免在工作面上残留其它物质而影 响测量精度。(2) 必须对阿贝折射仪进行读数校正。通常，最简便的方法是用蒸馏水来校正，因蒸 馏水在一定温度(20 摄氏度)和一定光源(钠光 589.3 纳米)照射下，它的折射率为已知值， n 水=1.3330。
13、为此，只要滴几滴蒸馏水到进光棱镜上，调节并读取其折射率数值，如不相符， 可微动仪器上的校正螺旋，使之完全相同。这样，折射仪的读数就得到校正。如使用仪器上的标准玻璃块(nD=1.5172)进行校正，则应根据测定固体折射率的方法, 在标准玻璃块与折射率棱镜之间滴入高折射率的接触液，按上述方法进行校正。(3) 任何物质的折射率都与测量时使用的光波波长和温度有关，本仪器在消除色散的 情况下测得的折射率，其对应光波的波长久=589.3纳米；如需要测量不同温度时的折射率, 可将阿贝折射仪与恒温、测温装置连用，待棱镜组和待测物质达到所需温度后，方能进行测 量。一般均在室温下进行。复习思考题1. 怎样应用掠入射法测定玻璃的折射率？简要说明实验方法并推导出折射率的计算公 式。2. 用阿贝折射仪测量固体折射率时，为什么要滴入高折射率的接触器液？为什么它对 测量结果没有影响？试论证之。
