大学物理液体的折射率测定

评分： 大学物理实验设计性实验实验报告实验题目 液体折射率的测定班级： 姓 名：学号：—指导教师： 《液体的折射率测定》实验提要实验课题及任务《液体的折射率测定》实验课题任务方案一：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象，当入射击角为某一极值（掠射）时，会产生一特殊的光学现象，能同时看到有折射光和无折射光的现象，就可以实现液体折射率的测量。学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《液体的折射率测定》的整体方案，内容包括：（写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤），然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。设计要求⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式， 在此基础上写出该实验的实验原理。⑵选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。⑶测量5组数据，。⑷应该用什么方法处理数据，说明原因。⑸实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。实验仪器分光仪、钠光灯、毛玻璃与待测液体实验提示掠入射法测介质折射率的原理如图示3-1所示。将待测介质加工成三棱镜，用扩展光源（用钠光灯照光的大毛玻璃）照明该棱镜的折射面AB，用望远镜对棱镜的另一个折射面AC进行观测。在AB界面上图中光线a、b、c的入射角依次增大，而c光线为掠入线（入射角为90），对应的折射角为临界角七。在棱镜中再也不可能有折射角大于ic的光线。在AC界面上，出射光a、b、c的出射角依次减小，以c光线的出射角i'为最小。因此，用望远镜看到的视场是半明半暗的，中间有明显的明暗分界线。证明：棱镜的折射率n［与棱镜顶角A、最小出射角i有如下关系：L(sini'+cosA)2

〃广X1+：FLJ图23-1若在AB面加折射率为n的待测液体，上述关系又如何。评分参考（10分）⑴正确写出实验原理和计算公式，2分。⑵正确的写出测量方法，1分。⑶写出实验内容及步骤，1分。⑷正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。⑸正确的测量数据，1.5分。⑹写出完整的实验报告，2.5分。（其中实验数据处理，1分；实验结果，0.5分;整体结构，1分）学时分配实验验收，4学时，在实验室内完成；教师指导（开放实验室）和开题报告1学时。提交整体设计方案时间学生自选题后2〜3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版。用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。

实验题目：液体折射率测定实验目的：进一步加深对分光计的认识，掌握调整和使用分光计的方法掌握用掠入射法测量棱镜折射率。3掌握用掠入射法测液体折射率。实验仪器：分光仪、钠光灯、毛玻璃与待测液体，实验原理：液体折射率的测定----掠入射法光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象，当入射角为某一极值（掠射）时，会产生一特殊的光学现象，能同时看到有折射光和无折射光的现象，用望远镜看到的视场是半明半暗，中间有明显的明暗分界线。利用这现象就可以实现固体和液体折射率的测量。毛玫瑞入射光分划板物情毛玫瑞入射光分划板棱镜折射率的测定用扩展光源（用钠光灯照光的大毛玻璃）照明该棱镜的折射面AB，用望远镜对棱镜的另一个折射面AC进行观测。在AB界面上图中光线a、b、c的入射角依次增大，而c光线为掠入线（入射角为90°）的折射角为临界角，。在棱镜中再也不可能有折射角大于，•的光线。在AC界面上，出射光a、b、c的出射角依次减小，以c光线的出射角为最小。因此，用望远镜看到的视场是半明半暗的，中间有明显的明暗分界线。棱镜的折射率〃］与棱镜顶角A、最小出射角尸即极限角，有如下关系：1+

由于A=60°，由公式可知：只要测出极限角i',就可以计算棱镜的折射率。测出明暗分界线方向以及AC面的法线方向，这两个方向间的夹角就是i'。明暗分界线C方向及AC面的法线方向测量方法将棱镜置于载物平台上。先用眼睛直接观察平行光经棱镜折射后的出射方向，再将望远镜转至该出射方向，使在望远镜中清楚地看见由汞灯发出的光经棱镜后的光线。然后缓慢地转动载物平台，让入射光线与AB面调至确定折射光线移动方的转折位置，然后固定平台。转动望远镜，使双十字叉丝的竖直线对准折射光线，记录与望远镜在该明暗光线分界位置(即C光线)相应的两个游标读数［和［再转动望远镜，使双十字叉丝竖直线对准平行光的狭缝像，记录与AC面垂直的光线角度相应的两游标读数r1和〔( (r—r)+(r—r)i'= 2 1 2 12在测量望远镜转过的角度时，要注意游标是否经过了刻度盘的零点。如果过了，则必须在相应的读数上加上360°后再计算液体折射率的测定将折射率为n的待测液体，放在已知折射率为n1(nVn1)的直角棱镜的折射面AB上，若I 以单色的扩展光源照射分界面AB，则入射角为n/2的光线I将掠射到AB界面而折射进入三棱镜内，其折射角ic应为临界角。从图5-5-1可以看出应满足关系••nsini=一cn当光线I射到AC面，再经折射而进入空气时，设在AC面上的入射角为4，折射角为中，则有sinip=n1s1^除入射光线I外，其他光线如光线II在AB面上的入射角均小于n/2,因此，经三棱镜折射最后进入空气时，都在光线I，的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时，在视场中将看到以光线I，为分界线的明暗半视场，如图所示。当三棱镜的棱镜角A大于角ic时，由图5-5-2可以看出，A、ic和角◎有如下关系可得n=sin」4%'n2-sin2p-cosA-sinp实验步骤按照分光计的调节要求和方法，调节分光计粗调(目测)分别调节望远镜和平行光管倾斜螺丝，使望远镜和平行光管基本水平调节平台下面的三颗螺丝，使台面基本水平

十字我丝调整用十字刻度线十字我丝调整用十字刻度线细调调节望远镜聚焦于无穷远点亮小灯，调节目镜，看清双叉丝。把棱镜光学面靠近物镜，调节调焦螺母，看清“+”字像调节望远镜光轴、平台台面分别与仪器转轴垂直图一图Z1Z3图三图一图Z1Z3图三图一：Z、望远镜倾斜螺丝各调一半，使“+”字像与上叉丝重合。3图二：Z、望远镜倾斜螺丝各调一半，使“+”字像与上叉丝重合。1C.图三：只调Z2,使“+”字像与上叉丝重合。调节平行光管发出平行光，其光轴与仪器转轴垂直点亮钠灯对准狭缝装置，前后移动狭缝装置，看清狭缝像调节缝宽调节螺丝，使狭缝像细锐狭缝转90°，调节平行光管倾斜螺丝，使狭缝像与下叉丝重合狭缝又转90°(竖直方向)2如原理1中，将望远镜移至与AC面垂直，然后调整分光仪，使反射光的十字叉丝与望远镜的十字叉丝重合，即找到AC面的法线，此时读数为［和二；顺时针转动望远镜，在AC面找到掠射线的出射线，看到的视场为左亮右暗，确定无误后，此时读数为r2和］;重复步骤1、2,共测量五组数据；往AB面上滴上测量液体后，如同步骤1、2,望远镜与AC面垂直时的读数为r3和r■；在AC面找到掠射线的出射线时的读数为r和r■，共测量五组数据。3 4 4注意事项1.自查数据。第一：检查每次测量的数据左右游标是否对差是否在允许范围内。第二：检查重复测量时数据的重复性。实验时，要注意保护仪器，手不能触摸棱镜光学面。测量液体折射率时，液体不能滴太多，以免弄湿仪器。实验完毕要擦试干净。实验完毕要整理仪器，打扫卫生，保持实验室整洁。实验数据表1:棱镜的折射率r1r'1r2ri'=|(r-r)+(r'-r]/21298。30'15〃118。30"45〃346。10'15"166。10'30"47。39'53"2298。30'30〃118。30"15〃346。10'30〃166。10'45〃47。40'15〃3298。30'45〃118。30"30"346。9'45"166。10'30"47。39'50〃4298。30'30〃118。31'00〃346。10'00〃166。10'15〃47。39'38〃5298。30'15〃118。30"45〃346。10'15"166。10'00"47。38'23"表2：液体的折射率r3rr4r9=|(r一尸)+。一r‘)/214 3 4 311322。29'15"142。29'30"340。9'15"160。9'45"17。40'8''2322。30'30"142。30'00〃340。9'15"160。9'00"17。39'23''3322。30'45"142。29'45''340。9'30"160。9'15"17。39'8''

4322。30'00''142。29'45''340。9'00''160。10'15''17。39'45''5322。31'00''142。29'15''340。9'45''160。10'00''17。39'15''数据处理棱镜极限角-1'+i'+i'+i'+i')1 2 3 4 5=1(47。3953〃+47。40'15〃+47。39'50〃+47。39'38"+47。39'38〃+47。38'23")5=47。39'36"仪器误差七=*/必=土=1.15'S=0.18'•7。S=0.18'•7。39'53”—47。39'36")+(47=40'15"-47。39'36")+,7。39'50''-47。39'36'')+,7。39'38"-47。39'36'')+，7。38'23''—47。39'36''H不确定度U=.\,：'S2+U=*(1.15,》+S.18'》=1.2'同理可得加液体后极限角吊=1(^+9+9+9+9)5 1 2 3 4 5,__I1u=, (•一.n17o40,8〃-17。39'32〃)+'17o39''23''-17。39'32〃)+'；7。39〃8''-17。39'32〃)+'17。39〃45〃-17。39'32'')+(7。4008"+17。39'23〃+17。39'8"+17。39'45〃+17。39'15")=17。39'32"5中〔5x47。39〃15''—17。39'32〃_1=0.16'仪器误差匕=W=%=1.15'U=、：，2+u='6.16'》+G.15*=1.2'因为AA-60 所以棱镜折射率【1+1sin泠cosA丫I"sinA)：】+1sin47。39'36〃+cos60。、

sin60。-1.746dn~dCdn~dCOnOi 2"sin2i+2cosAsini'+sin2Asin2中+1cosi'(sini'+cosA) =0.637sinAx/sin2i'+2cosAsini'+1一,、、 \(Bn\2 ! 兀.定度〃nT©6733*f)2=0.001In—sinAy:n2-sin2中-cosA-sin中代入数据得：n=1.339sin2i'+2cosAcosi代入数据解得：乌-0.551O'iOn sin2Asin2^ 4——-—, _ _ _ 一cosAcos中0中 2<sin2i+2cosAsini+sin2Asin2中+1代入数据解得：°n--0333O'i不确定度TT !lBn A2 10n / 1 2'冗 、2 1 1 2'冗 、2U=』°-U +°-U =I0.551X ——-+0.333X ——-=0.001nY"0ii')"0中刃 V" 180X60'J" 180X60'J相对不确定度U-0001x100%-0.07%r1.339所以n=1.339土0.001最终结果：液体折射率n=1.339土0.001U=0.07% p=0.683心得体会：在这次物理实验过程中，我们无论在搜集资料，做实验，还是在做报告过程中，我们都花尽了心思，认真对待，尽管实验过程中困难不少。我们为了做实验，不仅上网，还去图书馆翻