光学设计性实验

光学设计性实验

题目：测量液体折射率

姓名：

性别：男

学院：

年级：2010

学号：

指导教师：赵瑛

用三种方法测量液体折射率

摘要：液体折射率的测量在实际生活中有很多用途，测量方法也多种多样，也各有利弊。在学完大学基本物理实验后对液体测量有了新的想法，主要利用的牛顿环和劈尖干涉来测量液体折射率。其优势在于结果误差小、快捷和原理简单。 关键词：液体折射率 牛顿环 劈尖干涉 布鲁斯特角

引言：在研究 光的干涉和衍射过程中，都在空气中进行，即n=1。只要将装置放在被测液体中，那么n 就可以被测量出来。原理上有很强的可行性和可操作性，是较为理想的测量方法。在实际测量中要注意实验操作和数据分析。

测量液体折射率的三种方法：

一、利用牛顿环测液体（水）折射率 实验原理：

牛顿环仪是由待测平凸透镜L 和磨光的平玻璃板P 安装在金属框架F 中构成的。牛顿环是由等厚干涉形成的干涉条纹。根据所学的知识，任意俩干涉环的半径平方差和干涉级及序环数无关，而只与俩个环的序数之差有关，即

λ

R m m n r r m m )(212

12

2-=-。在空气中，n=1；在液体中，n 值为被测值。利用牛顿

环原理，有公式：

λR k k r r m m )(122122-=- 在空气中

λR j j n r r j j )(122122-=- 在液体中

令1212j j k k -=-，俩式做比可以得到： 21

222

22

2j j m m r

r

r r n --=

，故只要分别测出

在空气中和液体中牛顿环相同干涉级下的环的半径作比即可。

实验步骤：

1.找到合适的牛顿环仪，并做好实验准备；

2.在空气中测量牛顿环的半径，并记录实验数据；

3．在俩透镜夹层弄湿，将空气薄膜变成液体薄膜，测量牛顿环的半径，并记录实验数据； 4.计算结果。

实验数据：

数据分析：

代入公式 21

22

2

22

2j j m m r

r

r r n --=

，计算可得：n=1.2815

方法二：劈尖干涉测水的折射率 实验原理：

将俩块平板玻璃叠放在一起，一端用细丝将其隔开，则形成以劈尖形空气薄膜。若用单色平行光垂直入射，在空气劈尖的上下表面发射的俩束光将发生干涉。干涉条纹是一组明暗相间的等间距的直条纹。对于暗纹来说：

θ

λ

sin 221

22

0n n j

d -=

由此可得，条纹间距为： α

sin cos 2222i n a

x =?

对于空气来说：

α

λ

sin cos 2211i n x =

?

所以

2

12x x n ??=

。即，只要

得到在空气和水中的条纹间距就可以计算出液体的折射率。

实验步骤：

1. 将实验器材安装好，一杯液体水和毛涮

2. 在空气中调整装置，能观察到清晰的明暗相间的条纹；

3. 在液体水中观察条纹，并在合适的条纹数下记录条纹间距；

4. 数据分析和实验结论。

数据分析： 代入公式2

12x x n ??=

分析得：n1=1.38 n2=1.43 n3=1.3

结论：水的折射率 n=1.3。

方法三：最小偏向角法

实验原理：

在三棱玻璃柱内灌满液体水，利用分光计测定最小偏向角δ。根据所学的知识，在入射光线和出射光线出于光路对称的情况下，偏向角最小，记为m δ。可以证明液体折射率n 与棱镜角A 、最小偏向角m δ有如下关系：

2

sin

2sin

A A n m δ+=

因此，只要测出A 和m δ就可以求得液体折射率n 。

实验步骤：

1. 先调平分光计；

2. 用钠灯照亮狭缝，使准直管射出平行光束；

3. 测定最小偏向角，实验具体步骤见普通物理实验光学部分；

4. 记录实验数据，处理数据，得出结论。

实验数据：

数据分析：

由以上数据，最终可得A=4359'o m δ=2424'o 代入公式2

sin

2sin

A A n m

δ+=

得：

n=1.349. 值比水的标准值1.33要大，是因为在玻璃表面也有光的折射，使最小偏向角变大了些，进而使折射率变大。

前景展望：

液体折射率的测量将更加简便和准确，方法也会更加实用。