多种方法测液体和固体的折射率

1、用显微镜测液体和固体的折射率一、 【实验目的】1. 进一步学习根据光的折射定律测量折射率的基本原理和实现方法。2. 利用测量显微镜测量液体和固体的折射率。二、 【实验原理】当光线射到两种介质的界面时，一部分反射，一部分折射，如图所示，根据折射定律有：式中和分别为第一和第二介质的绝对折射率，而称为第二介质对第一介质的相对折射率。对光密介质底部一物体A来说，它发出的光线经界面而折射，由于空气是光疏介质，因而折射线远离法线，即折射角大于入射角。我们自空气中看去，物体好象升高到B的位置，如图所示。在和很小时，由DCA及DCB可得： 代入上面公式可得出空气对介质的相对折射率，式中AC为固体（或液体）的厚

2、度，BC为固体（或液体）的视厚度，它们的值可用显微镜测出来。因介质对空气的折射率为的倒数，故可得物质的折射率随光波波长而改变（此现象叫色散）。因此，实验时应当用单色光来进行测量。通常用对钠黄光的折射率来标明介质的特性。大多数液体的折射率随温度的改变而变化很大，因此，测液体的折射率不仅要标明波长，而且还要标明温度。三、 【实验装置】测量显微镜，钠光灯，薄玻璃片，待测厚玻璃片，小烧杯，粉末或纸片等。四、 【实验内容与步骤】1. 测玻璃的折射率（1）把涂有绿漆作为标记的薄玻璃片放在显微镜的载物台上，用钠光灯把它照亮，并把显微镜调焦于绿漆线上，记之为A的坐标。（2）把待测的厚玻璃板放在薄玻璃上，再用显

3、微镜对绿漆标记调焦记之为B的坐标。（3）在厚玻璃表面上做标记，对其调焦记之为C的坐标。以上都需要反复测量，取平均值计算出AC和BC代入公式内计算 并求不确定度。2. 记录测量温度和所用光波波长。用分光计测量液体的折射率一、 【实验目的】1. 学会如何使用分光计。2. 学会最小偏向角方法测量棱镜折射率。二、 【实验器材】分光计、玻璃三棱镜、平面镜、钠灯三、 【实验原理】折射率是光学中的一个基本物理量，也是物质的一个主要参数，折射率的测量是光学实验的一个重要内容。1. 分光计的结构分光计主要由底座、平行光管、望远镜、载物台和读数圆盘五部分组成。其中望远镜由目镜和物镜组成，为了调节和测量，物镜和目镜

4、之间还装有分划板，它们分别置于内管、外管和中管内，三个管彼此可以互相移动，也可以用螺钉固定，如图9·2所示。在中管的分划板下方紧贴一块45。全反射小棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一个绿色的小十字窗口。光线从小棱镜的另一直角边入射，从45。反射面反射到分划板上，透光部分便形成一个在分划板上的明亮的十字窗。2. 分光计的调整原理1) 调整望远镜a) 目镜调焦这是为了使眼睛通过目镜能清楚地看到如图9·3所示分划板上的刻线。调焦方法使把目镜调焦手轮轻轻旋出，或悬进，从目镜中观看，直到分划板刻线清晰为止。b) 调望远镜对平行光聚焦这是要将分划板调到物镜焦平面上， 调整方法

5、是:i. 把目镜照明，将双面平面镜放到载物台上；ii. 粗调望远镜光轴与镜面垂直 一一用眼估一下, 把望远镜调成水平, 再调载物台螺钉,使镜面大致与望远镜垂直。iii. 观察与调节镜面反射像一一固定望远镜, 双手转动游标盘, 于是载物台跟着一起转动。 转到平面镜正好对着望远镜时, 在目镜中应看到一个绿色亮十字随着镜面转动而动, 这就是镜面反射像, 如果像有些模糊, 只要沿轴向移动目镜筒, 直到像清再旋紧螺钉, 则望远镜己对平行光聚焦。 iv. 调整望远镜光轴垂直仪器主轴；当镜面与望远镜光轴垂直时, 它的反射像应落在目镜分划板上与下方十字窗对称的上十宇线中心, 如图9-3所示。 平面镜绕轴转18

6、0。 后, 如果另一镜面的反射像也落在此处, 这表明镜面平行仪器主轴 。 当然 , 此时与镜面垂直的望远镜主轴也垂直仪器主轴。3. 用最小偏向角测三棱镜材料的折射率如图所示， 一束单色光i1角入射到AB面上 ， 经棱镜两次折射后 ， 从Ac面上射出 ， 出射角i2'入射光和出射光之间的夹角称为偏向角。 当棱镜顶角A一定时 ， 偏向角的大小随入射角i1的变化而变化。 可以证明，当i1=i2'时，为最小。 这时的偏向角称为最小偏向角，记为mini1'=A2min2=i1-i1'i1=min+A2设折射率为n,sini1=nsini1'=nsinA2n=sin

7、i1sinA2=sinmin+A2sinA2四、 【实验内容】1. 用分光计测量棱镜玻璃的折射率1) 调整分光计 2) 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴a) 调载物台的上下台面大致平行，使棱镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。b) 接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光。转动载物台，在望远镜中观察从侧面 AC和AB反射回来的十字像，只调台下三螺钉，使其反射像都落到上十字线处。调节时，切莫动螺钉。注意：每个螺钉的调节要轻微，要同时观察它对各侧面反射像的影响。调好后的棱镜，其位置不能再动。3) 测棱镜顶角对两游标做标记，分别称游标1和游标2，旋紧度盘下嫘钉，望远镜和刻度盘固定不动。转动游标盘，

8、使棱镜AC面正对望远镜，如图所示。记下游标1 的读数1和游标2的读数2。再转动游标盘，使AB面正对望远镜，记下游标1的读数1'和游标2的读数2'。同一游标两次读数之差即是载物台转过的，而是角的补角，A=-4) 测棱镜的最小偏向角a) 平行光管狭缝对准前方钠光灯。b) 旋松望远镜止洞螺钉和游标盘止动螺钉，图所示的位置 (1) 处， 再左右稍微转动望远镜，找出棱镜出射的钠光谱线（狭縫像）。c) 轻轻转动载物台 （改变入射角 h ), 在望远镜中将看到谱线跟着动。 改变 应使谱线往减小的方向移动 （向顶角A方向移动）。 望远镜要跟踪谱线转动 ， 直到棱镜继续转动， 而谱线开始要反向移

9、动 （即偏向角反而变大） 为止。 这个反向移动的转折位置 ， 就是光线以最小偏向角射出的方向。固定载物台 ， 再使望远镜微动， 使其分划板上的中心线对准谱线。d) 测量：记下此时两游标处的读数1和2。取下三棱镜（载物台保持不动），转动望远镜对准平行光管，如图所示的位置，以确定入射光的方向，再记下两游标处的读数1'和2'。此时谱线的最小偏向角为min=121-1'+2-2' 将min值和测得的棱镜顶角A的平均值代入式（2）计算n用迈克尔逊干涉仪测透明介质折射率一.【实验目的】1. 握迈克尔逊干涉仪的工作原理和结构，学会它的调整方法和技巧； 2 学会用迈克

10、尔逊干涉仪测透明玻璃片折射率。 2. 【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、汞光灯、白光光源、毛玻璃、扩束镜、千分尺3. 【实验原理】 测定透明介质的折射率的迈克尔孙干涉仪光路系统如图：其中和是一对精密磨光平面反射镜,固定不动,沿导轨前后移动,和是厚度和折射率完全相同的一对平行玻璃板,与均成45°角.的一个表面镀有半透半反膜A. 激光光源S发出的光通过到达半透半反膜A.激光光源S发出的光通过到达半透半反膜A被A分成相互垂直的两簇光(1)和(2).透射光(1)经过经反射再次通过到达E处.光(1)两次通过,光(2)两次通过,和厚度相同,因此计算光(1

11、)和(2)的光程差时,只需计算空气中的光程差即可. 观察者从E处向看去,除直接看到外还看到的像'，光(1)和(2)如同反射过来的,因此迈克尔孙干涉仪中所产生的干涉和间接“形成”的空气薄膜的干涉等效. 通过推导可得光束(1)和(2)的光程差V与干涉条纹级序之间的关系为: =2dcosi=k (明条纹)=2dcosi=(2k+1) (暗条纹) 其中,i为入射角,d为空气薄膜的厚度,k为干涉条纹级序,为光波波长. 仔细调节干涉仪,发现当调节'间空气薄膜的厚度d的大小直接影响干涉条纹的形状.调节 使其空气薄膜厚度减小,光程差减小,条纹逐渐变粗,反之则变细.当d为0,即光程差=0时,理论

12、上干涉条纹消失,出现明光场.然而由于和间不是严格垂直,即与'不是严格平行,当光程差=0时,条纹是变成相互平行的粗直条纹，记下此时的读数。 此时在这基础上，在光束(2)内,即在与中间部位插入一块折射率为n,厚度为l的平板玻璃P.如图 则光束(2)由此增加光程（即此刻'的距离）d'=(n-1)l,此时光束(1)和光束(2)的光程差为 =2d'cosi' 若调节干涉仪使之出现光程差=0时的干涉图样,即再次出现相互平行的粗直条纹时.记下此时的读数。且M1'所移动的距离所构成的空气薄膜所造成的光程差正好与玻璃片P所产生的光程差大小相等.即d'=- 从而可得式子 由此可见,在插入平板玻璃P的前后两次调出光程差为零的情况,就可以测量出插入平板玻璃P后'间空气薄膜的厚度d'.此时若折射率n已知,则可求玻璃板厚度l;若玻璃板厚度l已知,则可求得玻璃板的折射率n.  4. 【实验步骤