测量固体和液体的折射率(共7页)

1、 实验报告实验(shyn)名称：测量固体(gt)和液体折射率 实验(shyn)时间：2015年12月4日班级：xxx 学生姓名：xxx 同组人：xxx实验目的：1、学会使用读数显微镜测量固体和液体的折射率。 2、学会使用全反射法测量液体的折射率。 3、学会使用阿贝尔折射仪测量液体和固体的折射率。实验仪器：读数显微镜、待测折射率玻璃板、涂有红漆的玻璃片、小烧杯、底部涂有红漆标记的玻璃培养皿、全反射法测量液体折射率仪、钠光灯望远镜、阿贝尔折射仪、温度计、银粉、酒精、溴代萘实验原理：用读数显微镜测量液体和固体的折射率S1发出的光经过空气和透明介质界面发生折射，在S2位置成像。sini1tani1=P

2、S3S3S1sini2tani2=S2S3S3S1再由折射公式可得： n1n2=sini2sini1=S3S1S3S2 将空气折射率n2=1带入 可得：n1=S3S1S3S2 S3S1为介质厚度；S3S2为像的高度。全反射法测量液体的折射率如图nL表示液体的折射率，nA表示空气的折射率，nG表示玻璃折射率，当足够大时，光线将在由玻璃射入空气时发生全反射。由折射定律：nLsin=nGsin=nAsini=1所以nL=1sin，只要测出正好达到全反射状态下的入射角即可计算出到液体的折射率。左图便是(bin sh)用全反射法测量(cling)液体折射率的装置。T为望远镜；S为盛待测液体的容器；P为中

3、间(zhngjin)有空气的玻璃系统，R为刻度盘。调节仪器后，转动刻度盘，当望远镜 视场中一半明亮一半昏暗时即达到全反射临界角。阿贝尔折射仪测量液体和固体的折射率如图所示阿贝折射仪原理图：由折射定律：nDsin=nGsinnGsin=nAsini如图nD表示透明介质的折射率，nA表示空气的折射率，nG表示玻璃折射率。由几何关系可得：A=+,取空气折射nA=1，可得：nD=sinAnG2-sin2i-cosAsinisin，当n=90时nD=sinAnG2-sin2i-cosAsini 对应的出射角最小，即视场中的明暗分界线。左图为阿贝折射仪。实验内容与数据处理：A用读数显微镜测固体和液体的折射

4、率a测量玻璃折射率将涂有红漆标记的玻璃片放置到读数显微镜的载物台上，用钠光灯照亮，并调节读数显微镜的物距使得能够清楚地看到玻璃片上的红漆标记，记下此时读数显微镜的镜筒位置读数S1。然后在涂有红漆标记的玻璃片上放上待测折射率的玻璃板（开始时其上不放任何物质），再次调节物距到能够看清玻璃板上的红漆标记，并记下此时读数显微镜的镜筒位置读数S2.在待测玻璃板上放少许银粉，调节物距到能够看清玻璃板上的银粉，记下此时读数显微镜的镜筒位置读数S3. 123平均值/cmS1/cm4.3361 4.3128 4.3392 4.3294 S2/cm4.4931 4.4835 4.4790 4.4852 S3/cm

5、4.9854 5.0126 5.0195 5.0058 N1.311.321.261.30由nG=S3S1S3S2=5.0058-4.32945.0058-4.4852=1.30三次测量(cling)的不确定度公式分别用U=tpn2Sx2+仪2公式(gngsh)来计算，其中(qzhng)仪取仪器的最小测量精度0.001cm，tpn取2.48, Sx2用贝塞尔公式s=i=13Si-S平均22计算得：S12=4.3361-4.32942+ 4.3128-4.32942+4.3392-4.329422=0.0002 S22=4.4931-4.48522+ 4.4835-4.48522+4.4790-

6、4.485222=0.00005 S32=4.9854-5.00582+ 5.0126-5.00582+5.0195-5.005822=0.0003 U1=2.4820.0002+0.0012=0.04 U2=2.4820.00005+0.0012=0.02 U3=2.4820.0003+0.0012=0.04 UnG=nG2S3-S2-S12U32S3-S22S3-S12+U12S3-S12+U22S3-S22=0.20 nGUnG=1.300.20 相对误差=（n1-nG）2+（n2-nG）2+（n3-nG）23nG=0.020b测量水的折射率盛水的器皿是一个底部涂有红漆标记的玻璃培养皿，

7、测量方法与上述测量玻璃折射率的方法相同。123平均值/cmS1/cm4.4200 4.4465 4.4220 4.4295 S2/cm4.6131 4.5777 4.5928 4.5945 S3/cm5.2118 5.2013 5.2099 5.2077 N1.321.211.281.27计算得：nL=S3S1S3S2=5.2077 -4.42955.2077 -4.5945 =1.27 S12=4.4200-4.42952+ 4.4465-4.42952+4.4220-4.429522=0.0002 S22=4.6131-4.59452+ 4.5777-4.59452+4.5928-4.59

8、4522=0.0003 S32=5.2118-5.2077 2+ 5.2013-5.2077 2+5.2099-5.2077 22=0.00003 U1=2.482.480.0002+0.0012=0.04 U2=2.482.480.0003+0.0012=0.04 U3=2.482.480.00003+0.0012=0.01 UnL=nL2S3-S2-S12U32S3-S22S3-S12+U12S3-S12+U22S3-S22=0.16 nLUnL=1.270.16 相对误差(xin du w ch)=（n1-nL）2+（n2-nL）2+（n3-nL）23nL=0.036B用全反射法测水的折

9、射率将待测折射率的水注入方形杯S中，钠光从S的一个窗口入射，用望远镜自另一个窗口观察穿过水的光。转动刻度盘R，使明暗分界线对准(du zhn)望远镜叉丝，记下R上的读数1，这时玻璃片在P位置(wi zhi)，如右图；在转动玻璃片至P，使明暗分界线对准叉丝，记下R上的数据2由右图可得=1-22。1 2 3 平均1/0.0 0.1 0.2 0.1 2/97.5 97.5 97.6 97.5 N1.3301.3311.3311.331=1-22=97.5-0.12=48.7 nL=1sin=1sin48.7=1.33 S12=0.0-0.12+ 0.1-0.12+0.2-0.122=0.01 S22

10、=97.5-97.52+ 97.5-97.52+97.6-97.522=0.005 仪取仪器的最小测量精度0.1U1=2.480.01+0.12=0.26 U2=2.480.005+0.12=0.20 UnL=nLcos1-2sin1-22U12+cos1-2sin1-22U22=cot0.1-97.51.33 0.26+0.2=0.06 nLUnL=1.330.06 相对误差(xin du w ch)=（n1-nL）2+（n2-nL）2+（n3-nL）23nL=2.510-7C用阿贝折射(zhsh)仪测量液体和固体的折射率a测量(cling)水的折射率打开钠灯，调节望远镜，使目镜的叉丝清晰。

11、打开棱镜组，在照明棱镜粗糙面上滴几滴水，然后与折射棱镜合并，转动手轮柄使望远镜中的明暗分界线与叉丝交点重合，读出刻度盘上的读数。123平均温度nL1.4878 1.4877 1.4879 1.4878 21.7U=tpn2Sx2+仪2 仪取仪器最小精度0.001，tpn取2.48SnL2=1.4878 -1.4878 2+ 1.4878 -1.4878 2+1.4879 -1.4878 22=510-9 UnL=2.482510-9+0.0012 =0.0010nLUnL=1.48780.0010 三次读数测量的相对误差=（n1-nL）2+（n2-nL）2+（n3-nL）23nL=3.910-

12、5b测量酒精折射率取下照明棱镜，擦干净水，涂上酒精，重复上述操作。123平均温度nL1.5120 1.5120 1.5120 1.5120 21.0SnL2=1.5120 -1.51202+ 1.5120 -1.5120 2+1.5120 -1.5120 22=0 UnL=2.4820+0.0012 =0.0010nLUnL=1.51200.0010 三次读数测量的相对误差=（n1-nL）2+（n2-nL）2+（n3-nL）23nL=0c测量玻璃的折射率取下照明棱镜，将待测的玻璃片表面用酒精擦干净，在玻璃片的一面薄薄地涂上一层-溴代萘，然后沿折射棱镜斜面由下向上推，使玻璃片与折射棱镜紧贴。加入

13、-溴代萘目的是使玻璃与棱镜间没有空气，不发生全反射，其对折射角无影响。调节手轮，读出玻璃折射率。测量后清洗玻璃和棱镜上的-溴代萘。123平均n玻璃1.6405 1.6409 1.6400 1.6405 SG2=1.6405 -1.6405 2+ 1.6409 -1.6405 2+1.6400 -1.6405 22=2.0510-7 UnG=2.4822.0510-7 +0.0012=0.0015 nGUnG=1.64050.0015 三次读数(dsh)测量的相对误差=（n1-nG）2+（n2-nG）2+（n3-nG）23nG=2.210-4数据分析与实验(shyn)讨论(toln)：经过查阅资

14、料，得到普通玻璃的折射率大约是1.50，水的折射率大约为1.33，酒精的折射率大约为1.35，实验中，用阿贝折射仪测得的三者折射率均比理论值高0.15，这是由于实验仪器刻度盘不准造成的。用读数显微镜测得的玻璃折射率与理论值相比，相差较大，产生此结果的原因可能有实验时玻璃板的厚度太薄，所以S1、S2、S3三点之间的距离间距太小，导致读数产生的误差影响较大，而且只进行了三次读数，仍存在一定偶然性。实验时，显微镜的物镜上有灰尘，实验时并没有将其擦去，导致了像最清晰的位置判断的不准确，造成了误差。实验前用湿棉花擦拭过待测玻璃，实验时玻璃上残留的一层水膜可能对实验造成了影响。用全反射法测得水的折射率与理论值最为接近。三种方法优缺点比较A从仪器角度来说，读数显微镜法和全反射法对仪器设备的要求较低，但全反射的调节光路过程较为麻烦。阿贝折射仪更为精密，使用也更为方便。B从读数指标来说，读数显微镜以最清晰的像的位置为读数的标志，什么样的像才是最清晰的难以确定，所以判断标准较为模糊，不同次测量数据差距较大。相比之下全反射法和阿贝折射仪测量法中判断全反射有一个明确的标记，不同次测量的数据相差的也就小。这可以从每组实验不同次测量的相对误差的大小看出。（读数显微镜全反射法阿贝折射仪）C从不确定度角度来说，阿贝折射仪直接读出折射率，不确定度也就小；全反射法测得是