改进读数显微镜提高测量透明物质折射率的准确度

1、改进读数显微镜提高测量透明物质折射率准确度关键词透明物质折射率；读数显微镜；平面反射镜：长物距物镜；精确测量IMPROVING READINGMICROSCOPE INCREASE THE PRECISIONOF MEASURING REFRACTION OF TRANSPARENCY MATERIALAbstract：By improving the lens of a reading microscope and putting a plane mirror before it，the reading microscope is used to measure the refractive

2、 index of the transparency substanceSo as to increase the measuring preeisionKey words：refractive index of transparency substance；reading microscope；plane mirror；longobjectdistance field lens；precise measurement1. 引言由凑数显微镜测量透明物质折射率实验，许多高校作为设计性物理实验开设，实验时一般要分别i见4光屏与物镜之间没有被测物质以及有被测物质情况下，目镜中光屏成清晰图像时，物镜所

3、在的位置之差。由于两次测量是通过光学系统的上、下调焦进行的，垂直方向游标尺的测量分度值为0.1毫米。而读数显微镜的水平螺旋测微系统，其测量分度值为001毫米；因此如何利用准确度高的读数显微镜水平螺旋测微系统，测量没有被测物质以及有被测物质情况下，目镜中光屏成清晰图像时，物镜所在的位置之差，是提高透明物质折射率测量准确度的关键为实现这样要求，笔者对原读数显微镜进行改造，并运用于测量透明物质折射率，达到了，提高实验准确度的目的，本项改进也可以在其它用到渎数显微镜的相关实验中应用，具普通应用价值。2.实验原理2.1 读数显微镜改造 通常的读数显微镜光学系统由目镜、物镜与光筒组成。目镜和物镜固定在光筒

4、的端，测量过程中两者之间距离不变，使被测物体在目镜中清晰成像时，物镜到被测物体之间的距离一般不足5厘米，为了扩大使用范围，需要换一个物镜，使其物距在lo15厘米之间。为了能使读数显微镜螺旋测微系统的水平移动调节成为光学系统调焦调节，在读数显微镜物镜前增加一个平面反射镜，并和物镜固定在一起，其平面反射镜的镜面与光学系统的光简保持45度的夹角，如图1所示。2.2 用读数显微镜测平板玻璃折射率原理 测量原理如图2所示：当从观察点观察透明玻璃下面的物P时，实际观察到的是物P的像P1设t。为物P经玻璃折射出射线与玻璃法线的夹角，t，为物P光在玻璃中到达观察点与玻璃法线的夹角，D为玻璃的厚度，o为垂直于玻

5、璃且通过物P的阿线到观察点的距离，儿为玻璃的折射率，n。为空气折时率，根据折射律关系有: (1) 由图2关系得: 将sinto和sintl的表达式代入式(1)得： 当a趋于零时，也就是观察者从玻璃上方垂直观察物P时，则有关系式: (2)用读数显微镜测透明物质折射率时，调整光学系统到物屏的距离，使从目镜中清晰观察到物屏的图像时，记录光学系统所在的位置X。；把待测一定厚度D的透明玻璃放在物屏与物镜之间，再次调整光学系统的位置，使得物屏的物光通过待测透明玻璃以及物镜，从目镜中再次清晰观察到物屏的图像，记录此时光学系统所么的位置义，。被测物质的厚度D可以通过读数显微镜测量出来。在正常温度和气压下，空气

6、折射率为10002926，根据式(2)被测物质的折射率n为： (3) 3. 实验结果及其分析3.1 实验装置简介 实验装置由KFJCD3读数显微镜、长物距物镜、可固定在物镜前的平面反射镜、钠光灯源、物屏(如图3)、长方形平板玻璃样品等组成。为了提高测量者眼睛的反应灵敏度，将物屏光孔用三根毛发横粘在光孔上，如图3所示，当单色光保持一定角度照射到物屏时，从显微镜的目镜中能观察到毛发的边沿发亮，并且有衍射光斑，调整平面反射镜到物屏的距离，衍射光斑逐渐消除，衍射光研消除时，毛发边沿有一清晰亮线，灵敏度较高。3.2 实验内容和方法取长方形待测玻璃样晶，并竖放在读数显微镜的载物台上，转动读数显微镜的调焦轮

7、，调整光学系统的上、下位置，使得从读数显微镜的目镜中，清晰观察到玻璃侧边图像，调整读数显微镜目镜中的十字叉丝竖线，使其与待测玻璃侧边平行，并与渎数显微镜光学系统水平移动方l甸相垂直。转动螺旋测微调节轮，水平移动光学系统，使目镜中的t字叉丝竖线与被测透明玻璃一侧边重合，记录螺旋测微系统上的主尺张副尺示值，即光学系统一侧所在的位置D0：再转动螺旋测微调节轮，水平移动光学系统，使目镜中的十字叉丝竖线向被测玻璃样品一侧边移动，直至相重合，此时，记录光学系统另一侧所在的位置D，被测玻璃的厚度为D，测量数据记人表格1，重复上述操作6次。把读数显微镜的物镜换成长物距物镜，在物镜前安最一个平面反射镜，使平面反

8、射镜与显微镜光简保持45。夹角，如图1所示。实验方法如下：在载物台上放置一个物屏，用钠光灯照亮物屏，转动读数显微镜的澜焦轮、螺旋测微调节轮以及平面反射镜，使得在转动螺旋测微调节轮时，所观察到物屏的像不会移动位置；把待测透明玻璃坚放在载物台上，且处于平面反射镜与物屏之间，转动螺旋测微调节轮，水平移动光学系统，记录从目镜中清晰观察到物屏像时，记录螺旋测微系统上的主尺和副尺指示，以表示光学系统物镜所在的位置X0，填入表格2，把待测透明玻璃从载物台上取下。接着转动螺旋测微调节轮，水平移动光学系统，从目镜中清晰观察到物屏像时，记录螺旋测微系统上的主尺和副尺指示，以表示光学系统物镜所在的位置X0，将其记入

9、表格重复步骤(1)、(2)6次。 将实验数据代入公式(3)汁算待测材料的折射率。3.3 数据处理与分析 表1 测平板玻璃厚度D 测量次数123456Di0/mm12.50112.33112.18611.92511.96112.393Di1/mm5.7515.5535.4325.1455.1525.623Di/mm6.7506.7786.7546.7806.7096.770D/mm6.757由表1计算平板玻璃厚度得：D = 6.7657mm 表2 测量数据 测量次数123456Xi1/mm13.85211.9819.4348.23612.3936.464Xi0/mm11.5669.6787.1285.91410.0834.160Xi/mm2.2862.3032.3062.3222.3102.304X/mm2.305 由表2计算得:X =2.305mm 将以上测量数据代入式（3）得:N =1.5177玻璃折射率的标准值 (对=5893nm)为151630，测量结果与标准值的百分误差为009233，此测量结果在实验允许的误差范围之内。4. 结束语改造的读数显微镜由于把载物台上物屏的水平物光，经平面反射镜反