透明材料折射率测量 郝子文

山东理工大学物理实验报告

姓名：实验者学号：（必填）时间代码：（必填）验序号：（必填）

院系：（必填）专业：（必填）级.班：（必填）教师签名：

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=3×10-4),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。【实验内容及步骤】

1．了解实验仪器、材料及其用途

2WAJ型号的阿贝折射仪、脱脂棉、蒸馏水、无水乙醇、葡萄糖溶夜、滴管

2．了解注意事项

（1）尽量不要移动阿贝折射仪，确需移动时一定要轻拿轻放，避免振动，防止倾倒，切忌在实验台面上硬拖硬拉！

（2）调整阿贝折射仪的各可调整部分时，要用力适中，细心慢调，不能蛮力调整。

（3）各试剂瓶子与滴管一一对应，不能混用。

（4）对号入座，各组仪器、用品不可混用。

（5）本实验采用老师讲解演示和同学练习同步进行的方式，一定要注意精力集中，提高效率。

3．学习阿贝折射仪的使用

依次学习练习目镜（调焦）、反光板（反光孔）、进光孔、进光棱镜、折射棱镜、棱镜锁定手轮、棱镜转动手轮、阿米西手轮的调整使用方法。

4．阿贝折射仪的校准

利用蒸馏水辅助校准阿贝折射仪零点。

打开小反光镜（反光板），使望远镜视场明亮，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)，转动棱镜转动手轮，看清刻度值，再合上反光板，把进光棱镜组打开，用蒸馏水清洗并用脱酯棉促擦拭干净棱镜界面，将蒸馏水用滴管注入棱镜的磨砂面上，使之均匀铺满一层。合上棱镜，转动棱镜手轮，使折射率读数为1.333，此时望远镜中应该能见到“半影视场”（明暗分界线），转动阿米西手轮（消色散棱镜手轮）直至能看到很清晰的暗区边缘为止。此时若明暗分界线不在十字线叉丝的中央位置，则需用螺丝刀调节仪器后壁上的折射棱镜调整螺丝，直至“半影视场”暗区边缘（明暗分界线）恰好经过十字线叉丝中央，0点校准完成。

注意三个方面：加注的蒸馏水要适量（不可过量，发现量不足时适当添加）；折射率刻度尺的读数要严格调整到1.33300处；明暗分界线一定要调到严格的清晰的没有毛边的一条线，不能是有一定宽度有颜色的区域！

5．测量葡萄糖溶液的浓度

数据估读到小数点后2位有效数字。注意随时擦掉多余的粘附在仪器周围的液体。

6．测量无水乙醇的折射率

数据估读到小数点后5位有效数字。注意无水乙醇易挥发，过程中需及时检查并适当补充。

【数据记录及处理】

= 1.3625

n

【实验结论及分析】

实验测得无水酒精的折射率为1.36234±0.00016即在1.36250~1.36218之间，与真实值十分接近，误差仅为0.012%。（如果误差较大，则需要根据实际情况分析可能的误差原因。）

【问题讨论与测试题】

1.分析望远镜中观察到明暗视场分界线是如何形成的.

答：由进光棱镜入射的光线因漫反射而形成不同角度的入射光。掠射光线由待测折射率为n1的介质入射到折射率为n2的直角三棱镜ABC中，相应折射临界角α，然后以出射角i射入折射率为1的空气中。所有入射角小于90°的光线入射到三棱镜ABC中时，其折射角都小于α，而从三棱镜AB边射出时，其出射角都大于i，光线分布在出射角为i的光线上方。故在棱镜上侧光线出射处放一望远镜，则具有不同出射角的平行光线都会聚在望远镜焦面的不同位置上。当望远镜筒轴线与出射角为i的光线平行时，从目镜中可以看到半边是明区和半边是暗区，并在明暗区间有一条分界线的现象，即“半影视场”。（明暗分界处对应的就是发生全反射的空气中出射角为i的出射光，即对应明暗分界线处的读数就是待测材料的折射率）。

2．测量乙醇的折射率或者葡萄糖溶液的浓度时，可能直接看不到明暗分界线，如何解决？

答：可适当转动棱镜转动手轮；适当增加被测液体的量；适当调整阿米西手轮。

3．进行0点校准必须满足哪些条件？

答：必须满足

（1）棱镜界面一定要擦拭干净，不能有任何杂质粘附；

（2）棱镜界面上的蒸馏水要适量（一定不要过量，但要保证均匀分布在棱镜界面上），若检查不足需适量补充；

（3）折射率读数必须调整在1.333处，即对应浓度刻度尺的0点处；

（4）明暗分界线一定要调整为一条细线，不能是有一定宽度的彩带。

4．利用阿贝折射仪可以测量葡萄糖溶液的浓度，也可以直接测量酒精溶液的浓度吗？

答：不能。因为阿贝折射仪的浓度测量功能是专门为测量葡萄糖溶液的浓度而设计的，其浓度数值与葡萄糖溶液的折射率数值是一一对应的，对其他材料溶液不适用。但是可以通过测量已知不同浓度的酒精折射率做出酒精溶液的浓度—折射率曲线，然后根据该曲线求得用阿贝折射仪测得折射率的未知浓度的酒精溶液的浓度。

5．如果测量过葡萄糖溶液的阿贝折射仪用蒸馏水校准时没有擦拭干净，则用这台仪器测量的待测液体折射率与真实值相比有何特点？

答：用这台仪器测量的待测液体折射率比真实值相小。

6．如果待测液体的折射率n1大于折射棱镜的折射率n2,能不能用掠入射法来测定n1 ？

答：不能。因为这时不能产生全反射。

【注意事项】

影响安全和数据准确的注意事项，实验后总结出来：

1. 尽量不要移动仪器，确需移动时应尽量小心，避免拖动，以免仪器震动造成损坏。

2. 实验前，应首先用蒸馏水或已知标准折射率的其他液体来校正阿贝折射仪的读数，即0点校准。

3. 每次测量前后，棱镜表面必须用蒸馏水冲洗并用脱酯棉擦干净。

4. 阿贝棱镜质地较软，在利用滴管加液时，不能让滴管碰到棱镜面上，以免划伤；并合棱镜时，应防止待测液层中存在有气泡。

5. 不同待测液体的滴管不能混用，取用液体时滴管不要触碰到瓶口，液体用后及时盖好。

6. 实验完毕，必须将仪器擦洗干净，整理放妥，桌面擦拭干净。

附1:

阿米西棱镜的消色散作用

阿米西棱镜(又称阿米西补偿器)，由两组完全相同的棱镜组成，每组由三块分光棱镜合成。这二个复合棱镜组可以用一个旋钮调节，使之绕测量望远镜光轴各自沿相反的方向同时转动；在平行于阿贝棱镜主截面的平面内，产生或正或负、或大或小的色散，以此可以抵消阿贝棱镜及样品所产生的色散。从补偿器的旋钮刻度中，参照仪器附表，还可以推知待测样品的平均色散率(nF—nC)的值。

附2：

阿贝折射仪图片及技术参数:

2WAJ型阿贝折射仪技术参数:

1、测量范围：ND=1.300～1.700

2、测量精度：0.0002

3、折射率（ND）最小分度值：0.0005

4、糖量浓度测量范围（%） 0-95

5、糖量浓度（%）最小分度值 0.25

6、平均色散测量准确度0.0005