水和酒精的折射率的测量.doc

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差以及干涉相消。如图1所示。 即暗纹条件： (1)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 (2)则暗纹半径 (3)若取暗纹观察，则第m，k级对应的暗环半径的平方 (4) (5)两式相减得平凸透镜的曲率半径 (6)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 (7)同理对于空气膜，则 (8) 式（7）与（8）相比，可得： (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。干涉条纹是一组明暗相间的等间距的直条 由此可得，条纹间距为： 对于空气来说：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率。 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。可以证明液体折射率n与棱镜角A、最小偏向角有如下关系：。 图3 因此，只要测出A和就可以求出液体折射率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。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： 在空气中： 在液体中，令，两式相比可以得到：，故只要分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。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）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，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