多种液体折射率测定方法.docVIP

何军 2011/5/21 液体折射率的几种方法探究 [ 摘要] 介绍了测量液体折射率的几种方法，并且结合实际需要评价各种方法。 [ 关键词] 折射率；掠入射法；视深法；全折射法；分光计；麦克尔逊干涉仪 引言 光的折射定律告诉我们, 当光从一种介质进入另一种介质时, 光线的传播方向会发生改变, 而入射角的正弦和折射角的正弦值之比为一常数, 该规律适用于任何介质, 但对于不同的介质, 相应的常数的值是不一样的, 且只和介质本身有关, 我们把这个常数叫做介质的折射率。在现今的科学研究中, 人们对折射率的研究不只停留在定性的了解, 更趋于定量的研究。在现实生活中, 常用到折射率来解决实际问题, 例如: 通过折射率的测量来鉴别牛奶是否是天然的, 通过折射率来鉴别宝石的真伪,等等。 随着科学的发展, 人们发现折射率会影响物质的各种物理性质,而在其他领域, 往往会用得到与折射率相关的其他物理量, 在光学和材料领域中, 光学介质的折射率的研究价值越来越高。因此, 人们需要测量各种介质的折射率, 其中液体折射率的测量就是现代科学领域研究的一个重要课题。 在普通物理实验中, 测量液体的折射率方法很多如偏振法, 折射法等等, 这里分别介绍几种测量液体折射率的方法，它们有的操作简便、仪器要求简单，有的操作精度要求高、实验结果也相对精确，有的对某些精密实验进行了改进、使得操作简单的同时获取精确结果。 一、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。 将折射率为n的待测液体，放在已知折射率为n1（n＜n1）的直角棱镜的折射面AB上，若以单色的扩展光源照射分界面AB，则入射角为π/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1-2可以看出应满足关系 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，折射角为，则有 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π/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1—3可以看出，A、ic和角φ有如下关系 可得 评价：此方法测得实验结果精确度适合一般光学实验之用，但是操作要求精确，光路调制有一定难度，实验者主观误差会很大程度影响到实验效果。因而，此实验总体来说实验难度还是挺大的。 二、视深法 实验原理： 如图2-1所示, 设S 为水底的一点光源, 由S 发出图2-1的垂直于水面NN ′的一条光线由O 射出进入人的眼睛; 另一条光线由S 射向水面O′点折射到空气中也进入人眼中( 由于眼睛瞳孔很小, 实验中入射角、折射角都极小) , 进入人眼中的两条折射线的反向延长线交于S′点,即为人眼看到的水底部S 点在水中的像. S 点到水面O 点的距离是S 点在水中的实 际深度, S ′点到水面O 点的距离即是S 点的视觉深度. 由几何关系知 , tan r=O′O 所以 又因为i、r均很小, 则t an i ≈sin i, tan r ≈sin r , 实验器材：量筒或烧杯一个( 无色透明薄壁的柱形容器也可) , 大头针二枚、直尺一把. 实验步骤： 1. 将量筒口向上放置在水平 桌面上, 把作为物的大头针S 放在量筒底部并紧靠筒壁, 如图2-2 所示. 2. 将水缓慢注入量筒一定的深度SO. 3. 将另一枚大头针在壁外上下移动, 直到从量筒正上方观察到两枚大头针尖端对准为止, 即S ′和S 的像没有显著的视差. 4. 记下大头针S ′的位置, 测量从水面O 到量筒底 部的距离OS 即为实际深度, 再测量水面O 到S ′的距离OS ′即为视觉深度. 5. 用不同深度的水重复实验, 计算水的折射率的平均值. 四、实验数据记录 次数 实深 视深 n 平均值 1 2 3 评价 ：此方法测定的液体折射率精度要求不如现代光学实验，但是操作简单，所需实验器材较少，适合学生低精度测定，并且在实验装置具有很大的课改进行空间，适合学生探索。 三、全折射法 实验原理: 光的全反射公式n=1/s in C 。 实验器材: 密度小于被测液体密度的轻塞, 大头针, 刻度尺。 实验步骤：在轻塞的圆心处插上一枚大头针, 让此塞浮在被测透明液体的液面上。调整大头针插入轻塞的深度, 使它露在外面的长度为h , 如图1 所示。这时从液面上方的