实验二透明介质折射率的测定
用迈克尔逊干涉仪测定透明介质的折射率
用迈克尔逊干涉仪测定透明介质的折射率物理与电信工程学院物理学二班李智鹏（20082301134） 林晓青 周丹斐 赖燕仪【摘要】：迈克逊尔干涉仪，作为近代精密测量光学仪器之一，被广泛用于科学研究和检测技术等领域。
利用迈克耳逊干涉仪，能以极高的精度测量长度的微小变化及其与此相关的物理量。
本文就通过利用等倾干涉法成功测定了透明玻璃的折射率。
实验证明，这种方法是有效而且方便的，由于迈克尔逊干涉仪的特性，该实验比其他方法测定玻璃的折射率更加简便。
【关键词】：迈克尔逊干涉仪 等倾干涉法 折射率Abstract ：Michelson Interferometer is widely used scientific research and testing technology as one of the Precision measuring optical instruments. The main idea of this paper is to measure the Refractive index of Transparent Glass, and to give an interesting asymptotic formula for it. Key words: Michelson Interferometer Refractive index Pour interfering method【正文】： 1、 实验装置1.1实验仪器：迈克逊尔干涉仪、薄玻璃片、螺旋测微器1.2迈克尔孙干涉仪的调整迈克尔孙干涉仪是一种精密、贵重的光学测量仪器，因此必须在熟读讲义，弄清结构，弄懂操作要点后，才能动手调节、使用。
（1）对照讲义，眼看实物弄清本仪器的结构原理和各个旋钮的作用。
（2）水平调节：调节底脚螺丝6（见图5，最好用水准仪放在迈克尔孙干涉仪平台上）。
（3）读数系统调节：① 粗调：将“手柄”转向下面“开”的部位（使微动蜗轮与主轴蜗杆离开），顺时针（或反时针）转动手轮1，使主尺（标尺）刻度指标于30mm 左右（因为M 2镜至G 1的距离大约是32mm 左右，这样便于以后观察等厚干涉条纹用）。
透明材料折射率测量
实验名称：透明材料折射率测量仪器与用具：2WAJ型阿贝折射仪、蒸馏水、脱酯棉、无水乙醇、葡萄糖溶液、滴管、螺丝刀等实验目的： 1、理解全反射原理及其应用，学会使用阿贝折射仪测量折射率；2、测量无水乙醇的折射率；3、测量葡萄糖溶液的浓度。
注意：实验报告要书写规范、完整，内容包括实验名称、实验者基本信息、实验仪器与用具、实验目的、实验原理、实验内容与步骤、数据记录与处理、实验结论与分析、思考题、注意事项等。
折射率是透明材料的重要光学常数。
本实验应用阿贝折射仪采用建立在全反射原理基础上的掠入射法（全反射法）测量透明物质的折射率。
测量透明材料折射率最常用的方法是最小偏向角法和全反射法，前者具有测量精度高，被测折射率的大小不受限制等优点，但是被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量；全反射法属于比较测量,虽然测量准确度较低(大约ΔnD=3³10-4),被测折射率的大小受到限制(nD大约为1.3~1.7),但是全反射法具有操作方便迅速,环境条件要求低,不需要单色光源等优点。
阿贝折射仪就是利用全反射法制成的,专门用于测量透明或半透明液体或固体折射率及平均色散的仪器,它还能测量糖溶液的含糖浓度。
它是石油、油脂、制药、制漆、制糖和日用化学工业、地质勘察等有关工矿、学校及科研单位不可缺少的常用设备之一。
通过本实验，学会阿贝折射仪的调整和使用方法；掌握用掠入射法测定物质的折射率；测量酒精的折射率和葡萄糖溶液的浓度。
【实验原理】应用阿贝折射仪测量物质的折射率的方法是建立在全反射原理基础上的掠入射法。
（认真阅读实验讲义P216~220内容，弄清实验原理和内容）在阿贝折射仪中，实际上是用转动棱镜的方法去改变i，以适应不同折射率n1值的测量。
而读数望远镜中的标尺(分度盘)，则已按(5.1.5)式将出射角i换算成折射率值标出,故现场中的读数即为被测物质的折射率。
阿贝折射仪的设计特别考虑了糖溶液的浓度与其折射率的对应关系，将其浓度值在刻度盘上直观地显示出来，可以方便地直接测量糖溶液的浓度。
用阿贝折射计测透明介质的折射率
由(2)得
cos
2 n2 sin 2 i n2
实验原理 2
则
2 n2 (1 cos 2 ) sin 2 i 2 n2 n2 cos 2 sin 2 i 2 n2 sin 2 i 2 n2
cos
sin i sin n2
将已知的棱镜折射角 及棱镜材料折射率n2、测 得的临界角 i 的正弦值sini，即可算得待测液体 的折射率n1。将此计算结果在分划板上制成折射 率标尺，在测量时即可直接 从分划板上读出测 得的折射率值
n1 sin 90 n2 sin （1） n2 sin sin i
实验原理
由平面几何学可知 则有
代入(1)得
n1 n2 sin( ) n2 (sin cos cos sin )
2 n2 sin 2 sin 2 i 2 n2 (1 cos 2 ) sin 2 i 2 2 n2 n2 cos 2 sin 2 i
望远镜视场
读数镜视场 调节该棱镜 可使读数
镜视场明 亮
两个明亮的视场
实验步骤
2. 调节望远镜系统中的目镜，看清分划板上的 刻度线（X型准线）。 3. 转动锁紧手柄，把棱镜组打开，用酒精将棱镜 表面擦洗干净 。
目镜
4. 将被测酒精用滴管注 入照明棱镜的磨砂面上， 使之均匀铺满一层。 5. 合上棱镜，转动棱镜 手轮使照明望远镜中见 到“半荫视场”。
锁紧手柄
打开的棱 镜表面
实验步骤
6. 转动消色散棱镜手轮直至能看到很清晰的暗区 边缘为止，再调节手轮使暗区边缘恰好与十字线 叉丝重合，刻度盘上显示的数值即为被测酒精的 折射率。
7. 按照以上步骤，测量自来水的折射率。 8．计算所测值的不确定度。
介质折射率的测定
介质折射率的测定实验目的：折射率是表征透光介质折光性能的重要参量，测量物质的折射率无论是在实验学习还是在科研和生产中 , 都有十分重要的意义 . 在大量的光学现象中 ，物质的折射率具有决定性的意义，因此对其测量的方法也比较多 . 本文给出了几种测定光学介质折射率的常用方法，并给出了相应的测量原理 , 对实验技术方面的问题不作具体讨论 .一、 应用折射定律测定介质的折射率实验原理：r in sin sin =当光由第一媒质（折射率n1）射入第二媒质（折射率n2）时，在平滑界面上，部分光由第一媒质进入第二媒质后即发生折射。
入射角i 的正弦和折射角r 的正弦的比值等于折射率。
1.1 测定固体介质的折射率 实验步骤：如图1,一束光从aa ’面射入透光介质 , 经介质折射后从bb ’面出射,根据折射定律r i n sin sin =因此,实验中我们只需测出折射角 r 和反射角i ,或者通过测量其他量计算出r isin sin 的值即为待测介质的折射率.1.2 利用折射定律测定液体的折射率 实验步骤：如图2所示,将直尺AB 紧挨着杯壁竖直插入杯中,在刻度尺的对面观察液面,能同时看到刻度尺在液体中的部分和露出夜面的部分;调整视线,直到眼睛从杯子的边缘D 往下看时,刻度尺上端某刻度A经液面反射后形成的像与看到的图 1图 2刻度尺在液体中的某刻度B 重合.读出O,A,B 所对应的刻度值,量出玻璃杯的直径d,根据几何关系和折射定律,221sin OC d d CD d +==∠ 222sin OB d d BD d +==∠22222sin 1sin OC d OBd n ++=∠∠=二、 应用最小偏向角法实验原理：实验步骤：假设有一束单色平行光LD 入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER 方向射出，则入射光线LD 与出射光线ER 间的夹角称为偏向角，如图3所示 .转动三棱镜，改变入射光对光学面AC 的入射角，出射光线的方向ER 也随之改变，即偏向角发生变化 . 沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置时偏向角达到最小值，测出最小偏向角. 可以证明棱镜材料的折射率与顶角及最小偏向角的关系式为实验中，利用分光镜测出三棱镜的顶角及最小偏向角，即可由上式算出棱镜材料的折射率 n .3. 应用牛顿环测定液体的折射率图3 最小偏向角的测定一个曲率半径相当大的平凸透镜，凸面置于一光学平板玻璃之上，二者之间形成以中心接触点到边缘逐渐增厚的空气薄膜 . 当以平行单色光垂直入射式，入射光将在空气薄膜的上下两个表面反射产生具有一定光程差的两束相干光，并且在空气薄膜上缘面相遇干涉 . 形成以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的干涉圆环，即牛顿环（如下图所示） .设透镜曲率半径为R ，根据光程差计算，不难得出凸透镜的曲率半径公式为：λ)(422N M D D R NM --=其中M D ，ND 是第M ，N 个暗环的直径，λ是入射光的波长.显然, 平凸透镜与平板玻璃之间的间隙中的介质为液体时上面的公式应写为:λ)(4)''(22N M D D n R N M --=其中M D ，ND 是平凸透镜与平板玻璃的间隙中为介质液体时第M ，N 个暗环的直径，λ是入射光的波长,n 为液体的折射率.将两式相除,将空气的折射率近似为1 ,便可得到如下公式:2222''N M NM D D D D n --=因此,只要分别测出空气介质和液体介质的第M 和第N 个暗环的直径 ,便可以根据上式计算得到待测液体的折射率.4. 应用Brewster 定律测定介质的折射率自然光经介质的发射折射或吸收后，产生出光波电矢量振动在某一方面具有相对的优势偏振光（如右图所示） .当自然图 3图 4广以一般入射角射到折射率为n 的介质表面时，其反射光是部分偏振光 ；当自然广以特殊角度i0（即Brewster 角）入射到介质表面时，其反时光就是完全偏振光 . Brewster 角与截至折射率有如下关系:ni =0tan上式就是Brewster 定律 . 在实验中，我们只需测出光经过介质Brewster 角，根据Brewster 定律即可算出介质的折射率 .5. 应用阿贝折射仪测定折射率折射仪的基本原理即为折射定律：2211sin n sin n αα=， n1，n2为交界面的两侧的两种介质的折射率，1α为入射角，2α为折射角(如图6) .若光线从光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，改变入射角可以使折射角达到90°，此时的入射角称为临界角，阿贝折射仪测定折射率是基于测定临界角的原理 . 图7中当不同角度光线射入AB 面时，其折射都大于i ，如果用一望远镜对出射光线观察，可以看到望远镜视场被分为明暗两部分，二者之间有明显分界线 . 见图8所示，明暗分界处即为临界角的位置.图7中ABCD 为一折射棱镜，其折射率为n2 . AB 面上面是被测物体 . （透明固体或液体）其折射率为n1，由折射定律得,22o 1sin n 90sin n α= （1）i sin sin n 2=β （2）βα+=Φ 则βα-Φ=图 6图 7图 8代入（1）式得：)sincoscos(sinn)sin(nn221βββΦ-Φ=-Φ=（3）由（2）式得isinsinn2222=β推出22222sinncosni-=β代入（3）式得sinicosisinnsinn2221Φ--Φ=棱镜的折射角Φ与折射率n2均已知 . 当测得临界角i时，即可换算的被测物体之折射率n1 .实验总结：测定介质折射率的方法,除了以上介绍的几种外 ,还有许多.各种方法各有优点 , 也各有其局限性 , 并且测量精度也不尽相同 . 实验中应采取何种方法 , 需要根据具体情况而定, 以期达到我们所要求的结果 .。
折射率测定实验报告
折射率测定实验报告折射率测定实验报告引言：折射率是光线在不同介质中传播时的速度变化比，是光学中重要的物理量。
测定物质的折射率可以帮助我们了解其光学性质，并在实际应用中起到重要的作用。
本实验旨在通过测定透明物质的折射率，探究光在不同介质中传播的规律，并通过实验验证光的折射定律。
实验原理：光在两种介质之间传播时，会发生折射现象。
根据光的折射定律，入射角、折射角和两种介质的折射率之间满足关系：n1*sinθ1 = n2*sinθ2，其中n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。
实验装置：本实验使用的装置包括光源、透明物质样品、光线传输系统、测角仪和测量仪器等。
实验步骤：1. 准备工作：将实验装置放置在光线充足的环境中，确保光线传输系统无遮挡。
2. 调整光源：将光源调整到适当的亮度，确保光线稳定且光强均匀。
3. 测量入射角：将测角仪放置在光线传输系统的入射端，调整测角仪使其与入射光线垂直，记录入射角度。
4. 测量折射角：将透明物质样品放置在光线传输系统的折射端，调整测角仪使其与折射光线垂直，记录折射角度。
5. 数据处理：根据测得的入射角和折射角，利用折射定律计算样品的折射率。
实验结果与讨论：通过实验测量，我们得到了不同透明物质样品的入射角和折射角数据，并计算出了它们的折射率。
实验结果显示，不同样品的折射率存在一定的差异，这与样品的物理性质有关。
例如，光在玻璃中的传播速度比空气中慢，因此玻璃的折射率大于1。
而对于水等液体样品，其折射率也大于1，但相对于玻璃而言较小。
此外，我们还发现了光的色散现象。
色散是指光在不同波长下折射率不同的现象。
在实验中，我们可以通过测量不同波长下的折射率来观察色散现象。
结果显示，随着波长的增加，折射率也会增加，这说明光的色散性质。
实验误差分析：在实验中，由于测量仪器的精度限制和操作误差等因素的存在，可能会导致测量结果存在一定的误差。
为了减小误差，我们可以进行多次测量取平均值，并增加仪器的精度。
透明介质折射率的测定实验报告
透明介质折射率的测定实验报告一、实验目的本实验旨在通过测量透明介质的折射角和入射角，计算出其折射率，并掌握利用反射法和折射法测量透明介质折射率的方法。
二、实验原理1. 折射定律：当光线从一种介质斜入另一种介质时，入射角i、折射角r和两种介质的折射率n1、n2之间有如下关系：n1sin i = n2sin r2. 反射定律：光线从一个介质到另一个介质时，入射角i、反射角r和两种介质的折射率n1、n2之间有如下关系：i = r3. 透明介质的折射率计算公式：n = sin i / sin r三、实验器材与药品1. 光源（白炽灯或激光器）2. 透明平板（玻璃板或亚克力板）3. 光学平台4. 直角三棱镜5. 半圆筒形物体（如半圆柱形玻璃棒）6. 量角器或反光镜四、实验步骤与注意事项1. 反射法测量透明介质折射率（1）将直角三棱镜放在光学平台上，调整其位置使得光线垂直入射。
（2）在直角三棱镜的一侧放置透明平板。
（3）将光源对准直角三棱镜的另一侧，发出光线照射到透明平板上。
（4）通过调整透明平板的位置和角度，使得反射光线与入射光线重合，利用量角器或反光镜测量反射角和入射角。
（5）根据反射定律计算出折射角，再根据透明介质的折射率计算出其折射率。
2. 折射法测量透明介质折射率（1）将半圆筒形物体放在光学平台上，并加入足够的水或其他液体。
（2）将光源对准半圆筒形物体中心，发出光线照射到半圆筒形物体中心处。
（3）通过调整观察位置和半圆筒形物体的位置和倾斜角度，使得入射光线和折射光线重合，利用量角器或反光镜测量入射角和折射角。
（4）根据折射定律计算出透明介质的折射率。
注意事项：（1）实验过程中要保持光源、透明介质和测量仪器的稳定位置，避免震动和晃动。
（2）实验时要注意保护眼睛，避免直接观察强光源。
（3）测量时要注意读数精度，尽可能减小误差。
五、实验结果与分析1. 反射法测量透明介质折射率（1）利用反射法测量玻璃板的折射率，得到入射角为30°，反射角为30°，计算出其折射角为41.81°，从而得到其折射率为1.51。
透明介质折射率的测定实验报告
透明介质折射率的测定实验报告1. 背景折射率是描述光在不同介质中传播速度的物理量。
对于透明介质而言，折射率是描述光在介质中速度变化的一个重要参数。
测定透明介质的折射率具有很大的应用价值，比如用于光学器件设计、材料检测等方面。
测定透明介质的折射率可以采用不同的方法，例如，利用光束的折射、反射等现象。
本实验旨在通过折射法测定透明介质的折射率，通过实验数据的处理和分析，进一步理解和掌握折射定律。
2. 实验设计2.1 实验材料和仪器•光源：白炽灯或激光器•光屏：用于观察光线传播的屏幕•透明介质：玻璃等透明材料•折射角测量装置：如半反射镜、直尺等2.2 实验步骤1.在光源的正前方放置透明介质，调整光源和透明介质的位置，使得光线射入透明介质中并出射到光屏上。
2.在光屏上观察到的光线，利用折射角测量装置测定出入射角和折射角，并记录下相关数据。
3.根据测得的入射角和折射角，计算出透明介质的折射率。
4.重复实验步骤1~3，取多组数据并求平均值，以提高实验精度。
3. 分析与结果3.1 数据处理根据测得的入射角和折射角，可以利用折射定律得到透明介质的折射率：n=sin(i) sin(r)其中，n为透明介质的折射率，i为入射角，r为折射角。
根据多组实验数据，可以计算出透明介质的折射率的平均值和标准差，以评估实验的精确性和可靠性。
3.2 结果与讨论根据实验数据的处理，得到透明介质的折射率的数值结果。
通过与已知的标准折射率进行对比，可以评估实验测量的准确性和误差大小。
对于实验数据异常或误差较大的情况，需要进一步分析其原因，如可能的实验误差来源、系统误差等，并提出改进建议。
4. 结论与建议通过本实验，我们成功地利用折射法测定了透明介质的折射率。
实验结果与理论值相比具有一定的偏差，这可能是由于实验条件限制、测量误差等因素导致的。
为了提高实验的准确性和可靠性，可以采取以下改进措施：1.提高测量仪器的精度，如使用更精密的角度测量装置。
实验二 透明介质折射率的测定
实验二透明介质折射率的测定一、实验目的1、掌握用掠入法测定液体折射率的方法；2、了解阿贝折射计的工作原理，并熟悉其使用方法。
二、实验仪器阿贝折射计，待测液体三、实验原理1、根据折射定律有: n sing=nsina;2、当光从束疏媒介质射入光密媒质时，临界角满足关系式：sini+=n/n;在 AC面上有: n εsinφφ=n₁sin当A>i,时, 有:A=i C+ψ由以上三式消去 i和ψ，得：四、阿贝折射计的原理和结构n=sinA√n2−sin2ψ−cosA∗sinψ1、阿贝折射计的测量原理：测量固体的折射率，可采取透射式和反射式测量两种光路，为了使固体与折射棱镜紧密地叠合在一起，中间添加一层接触液，接触液的加入并不影响固体折射率的测定。
证明如下：nsin90∘=n2sini c2=n1sini c1所以，还是有：sini c=nn1对于反射式结构的测量，测量公式仍然适用。
2、阿贝折射计的结构：分测量和读数两部分阿米西棱镜也叫消色差棱镜，其消色差的原理如下图所示。
五、实验步骤1、转动棱镜锁紧手柄，打开棱镜，用脱脂棉沾一些无水洒精将棱镜面轻轻地擦干净。
在照明棱镜的磨砂面上滴上一二滴待测液体，旋紧棱镜锁紧手柄，使液膜均匀，无气泡，并充满视场。
2、调节两反光镜，使两镜筒视场明亮。
3、旋转手轮使棱镜组转动，在望远镜视场中可观察到明暗分界线上下移动，旋转阿米西棱镜手轮，使视场中除黑白二色外无其它颜色。
将分界线对准十字差丝中心，于是读数镜视场右边所指示的刻度值，即为待测液体的折射率n的数值。
4、依同样方法，重复步骤 1~3，求平均值。
六、注意事项1、测量前，注意做好棱镜面的清洁工作，以免在工作面上残留其它物质而影响测量精度。
2、必须注意对阿贝折射计进行读数校正。
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实验二 透明介质折射率的测定折射率是光学材料的重要参数之一，它与材料的温度、湿度、浓度等基本物理量有一定的关系，在科研和生产实际中，常通过测量折射率来获得材料的相关信息．本实验用掠入射法测定液体折射率，用光的折射法测固体折射率．·实验目的1．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法；2．用掠入射法测定液体的折射率； 3．用像的视高法测固体的折射率．·实验仪器阿贝折射仪，移测显微镜，钠灯，玻璃砖，水、酒精等待测液体．阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器，测量范围为～，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为．测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高．1.阿贝折射仪的外部结构1 815 1反光镜；6阿米西棱镜手轮（色散调节手轮）；7色散值刻度圈； 8目镜；10棱镜锁紧手柄；11棱镜组；13温度计座；14底座；15折射率刻度调节手轮（转动棱镜）；16校正螺钉；18圆盘组；19小反光镜；20读数镜筒；21望远镜筒1467 1819 2021 10 11 图2-1（a ）WZS-1型阿贝折射仪结构图16实验用阿贝折射仪的型号有两种：WZS-1型阿贝折射仪结构见图2-1（a ）、2WAJ 型阿贝折射仪结构见图2-1（b ）．2.阿贝折射仪的光学系统WZS-1型阿贝折射仪的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统如图2-2所示．望远系统：光线经反射镜1反射进入照明棱镜2及折射棱镜3，待测液体放置在棱镜2与3之间，经阿米西消色差棱镜组4抵消由于折射棱镜待测物质所产生的色散，通过物镜5将明暗分界线成像于分划3845217'8'71011913121反光镜；2棱镜座连接转轴；3遮光板；4恒温器接头；5进光棱镜座；6色散调节手轮；7色散值刻度圈；8目镜；9盖板； 10棱镜锁紧手轮； 11折射标棱镜座； 12照明刻度盘聚光镜； 13温度计座； 14底座； 15折射率刻度调节手轮；16校正螺钉； 17壳体；16 721715 614410 11 81295 1133 图2-1（b ）2WAJ 型阿贝折射仪结构图板6上，再经目镜7和8放大成像后为观察者所观察．阿米西消色差棱镜组由两个完全相同的直视棱镜组成，每一个直视棱镜又由三个分光棱镜复合而成，如图2-3所示．棱镜1和3的介质相同，与棱镜2互为倒置，并使钠黄光（D 线）能无偏向地通过，但对波长较长的红光（C 线）、波长较短的紫光（F 线），因复合棱镜的色散，将产生相应的偏折，其主截面如图2-3所示．消色差棱镜组通过一个公用的旋钮调节，使之绕望远镜的光轴沿相反方向同时转动，转动的角度可从读数盘上读出．在平行于阿贝折射棱镜的主截面内，产生一个随转动角度改变的色散，色散的方向和数值的大小均可变化，以抵消由于折射棱镜和待测样品产生的色散，使半荫视场清晰、界线分明．从消色差棱镜组转动的角度，对照仪器的附表，便可查得样品的平均色散n F －n C ．读数系统：光线由小反光镜经毛玻璃照亮刻度盘，经转向棱镜11及物镜10将刻度成像于分划板9上，再经目镜7＇、8＇放大成像后为观察者所观察． 2WAJ 型阿贝折射仪的光学系统由由望远系统和读数系统两部分组成，如图2-4所示。
望远系统：光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。
当光线射入进光棱镜1时便在磨砂面上产生漫反射，使被测液层内有各种不同角度的入射光，经折射棱镜2产生一束折射角均大于出射角度i 的光线。
由摆动反射镜3将此束光线射入消色散棱镜组4，此消色散棱镜组是由一对等色散阿米西棱镜组成，其作用是可获得一可变色散来抵消由于折射棱镜对不同被测物体所产生的色散。
再由望远镜5将此明暗分界线成像于分划板 7上，分划板上有十字分划线，通过目镜8能看到如图2-5上部分所示的像。
（红）（紫）（黄） 图2-3 阿米西消色差棱镜读数系统：光线经聚光镜12照明刻度板11（刻度板与摆动反射镜3连成．．一体．．同时绕刻度中心作回转运动）。
通过反射镜10，读数物镜9，平行棱镜6将刻度板上不同部位折射率示值成象于分划板7上，如图2-5下部分的像。
·实验原理一、用掠入射法测定液体折射率 将折射率为n 的待测物质，放在已知折射率为n 1（n ＜n 1）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1将掠射到AB 界面而折射进入三棱镜内，其折射角i c 应为临界角．从图2-6可以看出应满足关系：1/sin n n i c =．当光线1射到AC 面，再经折射而进入空气时，设在AC 面上的入射角为φ，折射角为ϕ，则有：φϕsin sin 1n = （2-1）明暗121n CBAϕφci in'1'2图2-6 折射光路图 图2-5 阿贝折射仪目镜视场8 7 5 62143101112 9图2-4 阿贝折射仪光学结构示意图除入射光线1外，其他光线如光线2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1＇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1＇为分界线的明暗半荫视场，如图2-6所示．当三棱镜的棱镜角A 大于角i c 时，由图2-4可以看出，A 、i c 和角φ有如下关系：φ+=c i A （2-2）将（2-1）和（2-2）式消去i c 和φ．若棱镜角A 等于90度，可得ϕ221sin -=n n （2-3）若棱镜角A 不等于90度，可得：ϕϕsin cos sin sin 221⋅--=A n A n （2-4）因此，当直角棱镜的折射率n 1为已知时，测出ϕ角后便可计算出待物质的折射率n ．上述测定折射率的方法称为掠入射法，是应用全反射原理． 二、用阿贝折射仪测定透明介质的折射率阿贝折射仪也是根据全反射原理设计的．它有两种工作方式，即透射式和反射式．阿贝折射仪中的折射棱镜ABC 和照明棱镜A ＇B ＇C ＇都是直角棱镜，由重火石玻璃制成．照明棱镜的A ＇B ＇面经过磨砂，使透射式测量作漫射光源用．折射棱镜的BC 面也经过磨砂，供反射式测量作漫反射光源用．透射式测量光路如图2-7（a ）所示．将折射率为n 的待测物质放在折射率为n 1的直角棱镜的斜面上，其棱角为A ，并用光源S 照明．如果介质的折射率n ＜n 1，这时与图2-6相同，经棱镜ABC 两次折射后，由AC 面射出的光束，在望远镜视场中将观察到半荫视场，明暗分界线就对应于掠面入射光束，测出AC 面上相应的临界出射角ϕ，即可应用（2-4）式计算出n ．应用阿贝折射仪测定固体折射率时不用照明棱镜．对于加工有两个抛光面的固体样品，则光路可采用图2-7（b ）所示的透射式测量，对于加工只有一个抛光面的固体样品．则可采用图2-7（c ）所示的反射式测量．用光源S （一般为自然光）照亮折射棱镜上的磨砂面BC ，使之成为一个扩展的平面光源，从面上各点发出的光线1、2射抵AB 面上的E 点时，入射角均不相同．其中入射角大于临界角i C 的，都发生在全反射后再由AC 面射出，同样，在望远镜对准1＇观察时，亦可看到半荫视场，只是明暗分布恰与透射光的视场分布相反，其临界出射角ϕ为最大，而且视场中明暗的对比也不如透射光明显，这是由于照射在AB 面上那些小于临界角的光线，也会在AB 面上产生部分的反射．测出AC 面上的临界出射角ϕ，仍（2-4）式，计算待测固体的折射率．测定时，将待测样品的抛光面与折射棱镜AB 面紧密的叠合在一起，中间添加一层接触液，形成均匀的液膜，其折射率应大于样品的折射率（例如-α溴代萘，n D =），当折射率大于时．可用二碘甲烷（n D =）进行测量，可以证明接触液的加入，并不影响计算公式的适用性． 三、像的视高法测固体折射率若透过玻璃板垂直观察玻璃板下面的物体，所看到的并不是该物体的实际位置，而是物体折射光线在反向延长线上所成的虚象的位置，该虚像的位n图2-7 固体折射率测定光路图置总比物的位置高，这就是像的视高．如图2-8所示，AA'为两种介质的分界面，上下两种介质的折射率分别为n 1和n 2，且 21n n <．设有一物点P ，以入射角i 入射于界面上的Q 点，经折射后沿QT 方向进入上方介质，折射角为γ．沿折射光线 QT 反方向延长，则和法线PN 相较于P'点，P'即为P 的像．在ΔPNQ 和ΔP'NQ 中，有：i NP NQ tan ⋅= （2-5） γtan ⋅'=P N NQ （2-6）近轴情况下，即入射角i 很小时，有：γγsin tan ,sin tan ==i i （2-7）联立(2-5)-(2-7)式可得：γsin /sin i NP P N ⋅=' （2-8）根据折射定律有：21/sin /sin n n i =γ （2-9）因此，有：21//n n NP P N =' （2-10）透过玻璃板垂直观察物点P ，此时入射角i 很小，甚至为零，若上方介质为空气（折射率11=n ），则（2-10）式可写为：P N NP n '=/2 （2-11）若待测透明介质为平行平面玻璃板，则由（2-11）式可知，只要测出平行玻A图2-8 像的视高法原理图璃板的厚度NP ，及像到界面的距离NP,即可求出玻璃板的折射率．·实验内容与步骤一、用阿贝折射仪测定液体的折射率1．校准：用阿贝折射仪测定液体折射率时，应用蒸馏水对仪器进行校准．方法是在棱镜的磨砂面上滴上蒸馏水，旋紧棱镜锁紧手柄，测出液体的温度，根据温度查表，看此温度下蒸馏水的折射率的值n 0．调节反光镜1和12（WZS-1型为1和19），使目镜视场明亮，如图2-9（a ）；调节色散调节手轮6，直到出现明显的分界线为止，如图2-9（b ）（亮暗分界线也可能位于叉丝中点的下方）；转动折射率刻度调节手轮15，使读数镜筒的刻度值为n 0，然后观察视场中叉丝的交点是否在明暗分界线上，若没有对准，则调节仪器上的校正螺钉16，使视场中叉丝中心对准明暗分界线．即完成校准．2．转动棱镜锁紧手柄12，打开棱镜，用脱脂棉沾一些无水酒精将棱镜面轻轻擦干净．在照明棱镜的磨砂面上滴上一二滴待测液体，旋紧棱镜锁紧手柄，使液膜均匀，无气泡，并充满视场．3．调节两反光镜1和12（WZS-1型为1和19），使目镜视场明亮．4．旋转手轮2使棱镜组13转动，在望远镜中观察明暗分界线上下移动，同时调节色散调节手轮6，直到视场中除黑白二色外无其它颜色，且亮暗分界线在十字叉丝中心时，如图2-9(c)所示．视场中所指示的刻度值，即为待测液体的折射率n 的数值．如图2-10所示，图a 为WZS-1型阿贝折射仪目镜a图2-9 目镜视场未调节手轮6前，目镜中看到的图像亮暗分界不明显，有彩色条纹调节手轮6，直到出现明显的分界线为止调节手轮2，至明暗分界线经过叉丝中心点bc视场，读数为n =；图b 为2WAJ 型阿贝折射仪目镜视场，读数为.5．依同样的方法，重复上述步骤3～5次，算出折射率的平均值并计算标准差，并分析产生误差的原因． 二、用视高法测定固体折射率1．打开照明灯，调节反光镜，使目镜中获得较明亮的视野，并对目镜进行调焦．2．在移测显微镜的载物台上描一个点P ，未放玻璃样品时，调节移测显微镜镜筒的高低，使P 点的像最清晰，记录镜筒高度位置的读数h 1．3．将平行板玻璃砖置于载物台的P 点上，再调节镜筒的高低，找出P 点清晰的像，记录镜筒的位置的读数h 2．4．在玻璃砖上方描一个点（在载物台上的点的正上方），读数显微镜能看清像时镜筒高度的读数h 3．则13h h NP -=，23h h P N -='，带入（2-11）式即可求得玻璃砖的折射率．5．测3-5组，求平均值，计算标准差．·实验数据测量第i 次1 2 3 4 5 平均 h 1i (mm) h 2i (mm)图a 340.1350.1320.1330.1310.1105图2-10 阿贝折射仪读数系统示意图图b2、用阿贝折射计测酒精折射率实验数据表1.测量工作开始前，注意做好棱镜的清洁工作，以免在工作面上残留其它物质而影响测量精度．2.必须对阿贝折射仪进行读数校正．3.任何物质的折射率都与测量时使用的光波波长和温度有关，本仪器在消除色散的情况下测得的折射率，其对应光波的波长λ=；如需要测量不同温度时的折射率，可将阿贝折射仪与恒温、测温装置连用，待棱镜组和待测物质达到所需温度后，方能进行测量．一般均在室温下进行．4.像的视高法测玻璃板折射率时，要使像点尽量在目镜视野的中央，这时入射角很小，满足近似条件，方可有（2-11）式计算折射率．测量折射率的方法可大致分为三类：一类是应用折射定律及反射、全反射定律，通过准确测量角度来求折射率的几何光学方法，比如最小偏向角法、掠入射法、全反射法和位移法等．另一类是利用光通过介质(或由介质反射)后，透射光的位相变化(或反射光的偏振态变化)来测定折射率的物理光学方法，比如布儒斯特角法、干涉法、椭偏法等．第三类是利用表面等离子体共振（简称SPR）传感技术测定气体或液体折射率，它是通过对反射光强的测量，得到折射率的．本实验介绍用掠入射法测定液体折射率，用光的折射和反射定律测固体折射率，是最简单的几何光学测定方法．中学物理课标对折射率测定及相关内容的要求是：1.通过实验，理解光的折射定律．会测定材料的折射率；2.折射率的测定是高考常考题目．本实验的构思亮点是阿贝折射仪测量精确度高、量程大，光学结构复杂但操作简单，可直接读出折射率。