用分光计测液体折射率.doc

用分光计测量液体折射率的设计 班级：材料试点09 姓名：王磊 学号：120093206023摘要：本文在调整好的分光计上，配合使用光学元件进行试验用钠光源掠射入法测量酒精和水的折射率，并对三棱镜折射率的测量进行了扩展。用Matlab软件实现所有计算。关键词：分光计；折射率；三棱镜；掠射入法引言折射率为一光学常数，是反映透明介质材料光学性质的一个重要参数。在生产和科学研究中往往需要测定一些固体和液体的折射率。测定透明材料折射率的方法很多，最小偏向角法和全反射法（折射极限法）是比较常用的两种方法。最小偏向角法具有测量精度高，所测折射率的大小不受限制等优点。但是，被侧材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。全反射法属于比较测量，虽然测量准确度较低，被测折射率的大小受到限制，对于固体材料也需要制成试件，但是，全反射法具有操作方便迅速、环境条件要求低。1. 实验原理由光的折射定律可知，光在两种介质界面发生折射时，入射角i的正弦与折射角的正弦之比是一个常数，即。称为第二种介质对第一种介质的折射率。由于介质的折射率随入射光波波长而变，故实验时必须用（准）单色光，一般通用的折射率数据都是对钠黄光的波长而言，用n0表示。图1. 掠入射法侧液体的折射率示意图 用掠入射（折射极限）法测定液体 折射率原理如图1所示，将折射率为n 的待测物质放在已知折射率为n1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时，则 从图1可以看出：入射角为的光线 将掠射到AB界面折射进入三棱镜内。 显然，其折射角ic应为临界角，因而 满足关系式 当光线1射到AC，再折射而进入空气时，设在AC面上的入射角为，折射角为，则： 除掠入射光线1外，其他光线例如光线2在AB面上的入射角均小于，因此经三棱镜折射最后进入空气时，都在光线左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时，视场中将看到以光线为分界线的明暗半荫视场，如图1所示。 ic ic 图2.不同顶角棱镜的折射率折射情况示意图 由图2可以看出：1）当三棱镜的棱镜角A大于角ic 时，A、ic 和角有如下关系： 由式（1）、式（2）和式（3）消去ic 和后可得： 2）当三棱镜的棱镜角A小于角ic 时，A、ic 和角有如下关系： 由式（1）、式（2）和式（3）消去ic 和后可得： 3）如果棱镜角A=90，则式（4）和式（6）可统一简化为： 因此，当棱镜的折射率n1 已知时，测出角后即可计算出待测物质的折射率n。2. 实验目的：1. 学习用略入法对液体折射率进行测量2. 对分光计的使用方法进行学习掌握3. 充分了解分光计的工作原理等3. 实验仪器：JJY型分光计 三棱镜 钠光灯 平行平面反射镜4. 实验过程与方法：一. 调节分光计。在正式调整前，先目测粗调：使望远镜和平行光管对准；将载物台、望远镜和平行光管大致调水平，使它们大致垂至于分光计中心轴。1. 用自准法调节望远镜，使之适合于接收平行光：点亮望远镜侧窗的照明灯将叉丝照亮，旋转移动目镜使叉丝位于目镜焦平面上，此时叉丝看得很清楚。再将平面反射镜置于载物台上（镜面朝望远镜）。然后缓慢转动载物台，同时调节叉丝套筒（改变叉丝与物镜间距），从望远镜中找到由平面镜反射回来的模糊光斑（如果找不到，则粗调没有达到要求，应重调）。找到光斑后进一步细调叉丝套筒，光斑逐渐变变成清晰的绿色小亮“十”字（它是叉丝平面上小黑十字的反射像，为绿色小亮十字）。当叉丝位于物镜焦平面上时，叉丝发出的光经过物镜后成为平行光，平行光经平面镜反射再次通过物镜后仍成像于叉丝平面。此时，从目镜中可同时看清叉丝与绿色小亮“十”字，且两者无视差。至此，叉丝既落在目镜焦平面上又落在物镜焦平面上，望远镜已适合于接收平行光。各镜筒间的相对位置就不应改变了。 2. 使望远镜光轴垂直于分光计中心轴：望远镜调好焦后，从目镜中能同时看清叉丝和绿色小亮“十”字，且两者无视差。但绿色小亮“十”字一般不处于小黑十字的对称位置上。其原因可能是望远镜光轴未垂直中心轴，也可能是平面镜镜面与中心轴不平行，或者两者兼有。二. 测量液体折射率1. 用滴管在棱镜表面滴入一到两滴的水,使其均匀分布,贴上毛玻璃2. 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V1 和V23. 再转动望远镜，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），记录相应的两游标读数 V1和V2。则极限角 ：=12V1-V1+V2-V24. 重复测量5次,在表1记下实验数据。求出的平均值5.根据数据处理方案求出液体折射率。5. 实验数据的记录： 表1 液体折射率的测量数据表测量次数12345明暗线2181421816218921811218821812381738193813381638153816“+”像2119211321162118211112117311131163193110311331126.实验数据处理：由n钠=1.6481 n乙醇=1.3614 =6000,则由表1中是数据可得=7430ic标准 = arc sin(n乙醇/n钠 )=arc (1.3614/1.6481)=554139则将数据代入公式（4）得=sin.。（n2纳-sin2）-cossin=1.3614Uc()=(sin sin cos)/ (n2钠-sin 2)-coscos=2.710-4U=2Uc(n)=5.410-4E=U/=0.018%n=1.361400.00054 (k=2)小结我们用掠入射法（折射极限法）对液体折射率进行了测量，加深了对各种仪器的深入 ，进一步了解了各种测量折射率实验方法的原理测得了水等液体的实验数据，求出了水等液体