多種液體折射率測(cè)定方法

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1、液體折射率的幾種方法探究Sut.SchoolofScience,應(yīng)用物理學(xué)0901液體折射率的幾種方法探究2011沈陽工業(yè)大學(xué)理學(xué)院何軍何軍2011/5/21第13頁共13頁液體折射率的幾種方法探究Sut.SchoolofScience,應(yīng)用物理學(xué)0901液體折射率的幾種方法探究[摘要]介紹了測(cè)量液體折射率的幾種方法，并且結(jié)合實(shí)際需要評(píng)價(jià)各種方法。[關(guān)鍵詞]折射率；掠入射法；視深法；全折射法；分光計(jì)；麥克爾遜干涉儀引言光的折射定律告訴我們,當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),光線的傳播方向會(huì)發(fā)生改變,而入射角的正弦和折射角的正弦值之比為一常數(shù),該規(guī)律適用于任何介質(zhì),但對(duì)于不同的介質(zhì),

2、相應(yīng)的常數(shù)的值是不一樣的,且只和介質(zhì)本身有關(guān),我們把這個(gè)常數(shù)叫做介質(zhì)的折射率。在現(xiàn)今的科學(xué)研究中,人們對(duì)折射率的研究不只停留在定性的了解,更趨于定量的研究。在現(xiàn)實(shí)生活中,常用到折射率來解決實(shí)際問題,例如:通過折射率的測(cè)量來鑒別牛奶是否是天然的,通過折射率來鑒別寶石的真?zhèn)?等等。隨著科學(xué)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)折射率會(huì)影響物質(zhì)的各種物理性質(zhì),而在其他領(lǐng)域,往往會(huì)用得到與折射率相關(guān)的其他物理量,在光學(xué)和材料領(lǐng)域中,光學(xué)介質(zhì)的折射率的研究?jī)r(jià)值越來越高。因此,人們需要測(cè)量各種介質(zhì)的折射率,其中液體折射率的測(cè)量就是現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域研究的一個(gè)重要課題。在普通物理實(shí)驗(yàn)中,測(cè)量液體的折射率方法很多如偏振法,

3、折射法等等,這里分別介紹幾種測(cè)量液體折射率的方法，它們有的第13頁共13頁液體折射率的幾種方法探究Sut.SchoolofScience,應(yīng)用物理學(xué)0901操作簡(jiǎn)便、儀器要求簡(jiǎn)單，有的操作精度要求高、實(shí)驗(yàn)結(jié)果也相對(duì)精確，有的對(duì)某些精密實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)、使得操作簡(jiǎn)單的同時(shí)獲取精確結(jié)果。一、掠入射法光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，當(dāng)入射角為某一極值（掠射）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一特殊的光學(xué)現(xiàn)象，能同時(shí)看到有折射光和無折射光的現(xiàn)象，用望遠(yuǎn)鏡看到的視場(chǎng)是半明半暗，中間有明顯的明暗分界線。利用這現(xiàn)象就可以實(shí)現(xiàn)固體和液體折射率的測(cè)量。將折射率為n的待測(cè)液體，放在已知折射率為n1（n＜n1）的直

4、角棱鏡的折射面AB上，若以單色的擴(kuò)展光源照射分界面AB，則入射角為π/2的光線Ⅰ將掠射到AB界面而折射進(jìn)入三棱鏡內(nèi)，其折射角ic應(yīng)為臨界角。從圖1-2可以看出應(yīng)滿足關(guān)系第13頁共13頁液體折射率的幾種方法探究Sut.SchoolofScience,應(yīng)用物理學(xué)0901當(dāng)光線Ⅰ射到AC面，再經(jīng)折射而進(jìn)入空氣時(shí)，設(shè)在AC面上的入射角為，折射角為，則有除入射光線Ⅰ外，其他光線如光線Ⅱ在AB面上的入射角均小于π/2，因此，經(jīng)三棱鏡折射最后進(jìn)入空氣時(shí)，都在光線Ⅰ＇的左側(cè)。當(dāng)用望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)出射光方向觀察時(shí)，在視場(chǎng)中將看到以光線Ⅰ＇為分界線的明暗半視場(chǎng)，如圖所示。當(dāng)三棱鏡的棱鏡角A大于角ic時(shí)，由

5、圖1—3可以看出，A、ic和角φ有如下關(guān)系可得評(píng)價(jià)：此方法測(cè)得實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確度適合一般光學(xué)實(shí)驗(yàn)之用，但是操作要求精確，光路調(diào)制有一定難度，實(shí)驗(yàn)者主觀誤差會(huì)很大程度影響到實(shí)驗(yàn)效果。因而，此實(shí)驗(yàn)總體來說實(shí)驗(yàn)難度還是挺大的。二、視深法實(shí)驗(yàn)原理：如圖2-1所示,設(shè)S為水底的一點(diǎn)光源,由S發(fā)出圖2-1第13頁共13頁液體折射率的幾種方法探究Sut.SchoolofScience,應(yīng)用物理學(xué)0901的垂直于水面NN′的一條光線由O射出進(jìn)入人的眼睛;另一條光線由S射向水面O′點(diǎn)折射到空氣中也進(jìn)入人眼中(由于眼睛瞳孔很小,實(shí)驗(yàn)中入射角、折射角都極小),進(jìn)入人眼中的兩條折射線的反向延長(zhǎng)線交于S′點(diǎn),

6、即為人眼看到的水底部S點(diǎn)在水中的像.S點(diǎn)到水面O點(diǎn)的距離是S點(diǎn)在水中的實(shí)際深度,S′點(diǎn)到水面O點(diǎn)的距離即是S點(diǎn)的視覺深度.由幾何關(guān)系知,tanr=O′O所以又因?yàn)閕、r均很小,則tani≈sini,tanr≈sinr,實(shí)驗(yàn)器材：量筒或燒杯一個(gè)(無色透明薄壁的柱形容器也可),大頭針二枚、直尺一把.實(shí)驗(yàn)步驟：1.將量筒口向上放置在水平桌面上,把作為物的大頭針S放在量筒底部并緊靠筒壁,如圖2-2所示.2.將水緩慢注入量筒一定的深度SO.第13頁共13頁液體折射率的幾種方法探究Sut.SchoolofScience,應(yīng)用物理學(xué)09013.將另一枚大頭針在壁外上下移動(dòng),直到從量筒正上方觀察

7、到兩枚大頭針尖端對(duì)準(zhǔn)為止,即S′和S的像沒有顯著的視差.4.記下大頭針S′的位置,測(cè)量從水面O到量筒底部的距離OS即為實(shí)際深度,再測(cè)量水面O到S′的距離OS′即為視覺深度.5.用不同深度的水重復(fù)實(shí)驗(yàn),計(jì)算水的折射率的平均值.四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄次數(shù)實(shí)深視深n平均值123評(píng)價(jià)：此方法測(cè)定的液體折射率精度要求不如現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)，但是操作簡(jiǎn)單，所需實(shí)驗(yàn)器材較少，適合學(xué)生低精度測(cè)定，并且在實(shí)驗(yàn)裝置具有很大的課改進(jìn)行空間，適合學(xué)生探索。三、全折射法實(shí)驗(yàn)原理:光的全反射公式n=1/sinC。實(shí)驗(yàn)器