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《干涉法測(cè)液體折射率》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、干涉法測(cè)液體折射率蔣玲，王新丹，范迎瑩（中國(guó)石油大學(xué)（華東）應(yīng)用物理系，山東青島266555）摘要：折射率是物質(zhì)的一個(gè)重要物理量，不同的物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率是不同的。文章提出一種利用劈尖干涉裝置測(cè)定液體折射率的原理和方法，實(shí)驗(yàn)表明，該方法簡(jiǎn)易可行，很有實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：劈尖干涉;折射率;光程差中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：InterferencetomeasureliquidrefractiveindexJiangling,Wangxindan,Fanyingying(ChinaUniversityofPetroleum(Huadong)Departmentofappli
2、edphysics,ShandongTingdao266555)Abstract:Refractiveindexisanimportantphysicalquantity,differentmaterialwithdifferentwavelengthsoflightrefractiveindexisdifferent.Usingsplitpeakinterferencedeviceispresentedinthispapertheprincipleandmethodofmeasuringliquidrefractiveindex,theexperimentsshowthatth
3、ismethodissimpleandfeasible,andisofgreatpracticalvalue.Keyword:Clefttipinterference,refractiveindex,opticalpathdifference1引言折射率是物質(zhì)的重要光學(xué)參數(shù)之一，借助折射率能了解物質(zhì)的光學(xué)性能、純度、濃度以及色散等性質(zhì)，其他的一些參數(shù)(如熱光系數(shù))也與折射率密切相關(guān)。在化工、醫(yī)藥、食品、石油等工業(yè)部門(mén)及高校實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常要測(cè)定一些液體的折射率和濃度。因此，對(duì)液體折射率的準(zhǔn)確測(cè)量，在許多研究領(lǐng)域都有重要意義。將兩塊材質(zhì)均勻、平直度較好的長(zhǎng)方形透明薄板疊放在一起，并在一
4、端的兩薄板間固定一剛性薄片，則在兩板間形成一空氣劈尖。如在這劈尖內(nèi)充以液體，則形成液體劈尖。當(dāng)用同一單色平行光垂直照射劈尖時(shí)，就會(huì)發(fā)生等厚干涉，產(chǎn)生一組平行于劈尖棱邊的明暗相間的干涉條紋。利用讀數(shù)該顯微鏡和這一裝置可以測(cè)定液體的折射率。2實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)光的干涉理論，當(dāng)頻率相同的兩束光波在相遇點(diǎn)具有相同的振動(dòng)方向和固定的位相差時(shí)，它們會(huì)發(fā)生光的干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋。光的干涉有分波陣面干涉和分振幅干涉兩種形式，劈尖干涉就是一種分振幅干涉。2.1等厚干涉如圖1(a)折射率為n的透明介質(zhì)薄膜兩界面Σ1和Σ2成夾角α的劈形膜,用波長(zhǎng)為λ的單色平行光照射,在Σ1上就出現(xiàn)了平行于劈棱
5、的明暗相間的直條紋,如圖1(b)所示,圖中實(shí)線表示極小,虛線表示極大。根據(jù)圖1(c),在C點(diǎn)交疊的兩反射光線1′和2′之間的光程差δ=n(AB+BC)-n1CD-λ2(1.1)劈形棱角α很小而且膜很薄,實(shí)用中往往光線近似于垂直入射,A點(diǎn)跟C點(diǎn)十分靠近,它們所在處的膜厚可以視為相等,設(shè)為h,則可推導(dǎo)出δ=2hn2-n21sin2i-λ2(1.2)(式中i為入射光線的入射角),由上式可以看出,對(duì)于確定的實(shí)驗(yàn)裝置,δ由h唯一確定,即劈形膜上凡有相同厚度的點(diǎn),其光程差相同,位于同一條條紋上,叫等厚條紋。這種在薄膜表面上形成明暗相間的等厚條紋的現(xiàn)象稱為等厚干涉,劈形棱角α很小,所以又可稱之
6、為劈尖干涉。2.2用劈尖干涉測(cè)定液體折射率的方法用兩塊表面十分平整的玻璃片(測(cè)量時(shí)玻璃片長(zhǎng)約8cm)的一端之間夾一頭發(fā)絲,另一端壓緊形成劈尖形的薄膜,如圖2所示在垂直單色光源(即i=0)照射時(shí),由(1.2)式得光程差為:δ=2nh-λ2(2.1)由上式不難看出,相鄰明條紋(或暗條紋)所在位置的膜厚度差為:Δh=λ2n(2.2)由于劈的棱角α十分小,故相鄰明條紋(或暗條紋)的間距:Δx=Δhtgα≈Δhα(2.3)將(2.2)式代入上式,可得: Δx=λ2α(2.4)對(duì)空氣薄膜(n=1)則相鄰明條紋(或暗條紋)的間距為:Δx空=λ2α(2.5)兩塊玻璃片中充滿折射詳細(xì)為n的液體薄膜
7、時(shí),對(duì)應(yīng)的條紋間距為:Δx液=λ2nα(2.6)將(2.5)式以(2.6),可得液體折射率n=Δx空/Δx液(2.7)這樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別測(cè)出劈形膜為空氣和待測(cè)液體時(shí)對(duì)應(yīng)的條紋間距由,(2.7)式就可計(jì)算出待測(cè)液體的折射率。3測(cè)量過(guò)程和測(cè)量結(jié)果3.1 測(cè)量過(guò)程(1)將儀器按圖3所示裝置好,直接用單色擴(kuò)展光源鈉燈照明,由光源S發(fā)出的光照射到玻璃片G上,使一部分光由G反射進(jìn)入劈形薄膜上,先用眼睛在堅(jiān)直方向觀察,調(diào)節(jié)玻璃片G的高低及傾角度(約與水平方向成45°角),使移測(cè)顯微鏡從視場(chǎng)中能觀
