文档介绍：测量液体折射率的设计
用显微镜测折射率的实验设计
10物本(2)班管布克
实验任务
精确测定液体折射率
实验要求
物理模型的建立及比较
初步确定有以下几种模型方案:
方案一:掠入射法测液体折射率
光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象,当入射击角为某一极值(掠射)时,会产生一特殊的光学现象,能同时看到有折射光和无折射光的现象,就可以实现液体折射率的测量。
实验仪器
分光仪、钠光灯、毛玻璃与待测液体
实验提示
掠入射法测介质折射率的原理如图示3-1所示。将待测介质加工成三棱镜,用扩展光源(用钠光灯照光的大毛玻璃)照明该棱镜的折射面,用望远镜对棱镜的另一个折射面AC进行观测。在界面上图中光线、、的入射角依次增大,而光线为掠入线(入射角为),对应的折射角为临界角。在棱镜中再也不可能有折射角大于的光线。在界面上,出射光、、的出射角依次减小,以光线的出射角为最小。因此,用望远镜看到的视场是半明半暗的,中间有明显的明暗分界线。证明:棱镜的折射率与棱镜顶角、最小出射角有如下关系:
若在面加折射率为的待测液体,上述关系又如何
方案二:薄膜干涉测液体折射率
在薄膜干涉中,介质的折射率通过影响光程差造成在相同的条件下,不同介质处的干涉条纹不同的结果,经过分析比较,测量出液体的折射率。
实验仪器
读数显微镜、钠光灯、劈尖与待测液体,
实验提示
在薄膜干涉中,薄膜厚度相同处的上下表面的两反射光的光程差相同,干涉情况相同。因此,形成的干涉条纹是膜厚相同点的轨迹,这种干涉称为等厚干涉。劈尖的干涉现象属于等厚干涉。可在劈尖中间某处滴一滴待测透明液体,(液体不要充满劈尖),用显微镜分别测量有液滴处条纹和无液滴处条纹,求出液体折射率。
方案三:用阿贝折射仪测量折射率
实验提示
液体的折射率可以采取多种方法测量,使用阿贝折射计是最常用、最方便的一种方法。本次实验要求掌握阿贝折射计测量液体折射率的原理和方法。
阿贝折射计是根据全反射原理设计的,通过测量处于临界角光线的出射角,可以算出待测液体或固体样品的折射率。测量方法分透射法和全反射法。
透射法也称掠射法,待测量液体(nx)载于已知折射率n(n> nx)的直角棱镜的弦面AB上,用散射光从掠射方向照亮待测介质,折射光由AC面出射。近似平行于分界面的掠射光线3必将以全反射的临界角ic进入棱镜,然后以出射角从棱镜另一侧面AC出射。在AC面观察时可以看到一个分界非常明显的明区和暗区。可以证明,待测介质折射率nx和棱镜折射率n、直角棱镜的底角(A棱棱角)、出射角有如下关系
(1)
图1 掠射法光路示意图
由(1)式,只要测得出射角,就可以算出待测介质的折射率nx。
全反射法时,待测量液体(nx)依然载于直角棱镜的弦面AB上,用散射光从做成磨砂面的直角边BC方向照亮棱镜,漫射光在AC面发生全反射或透射。以全反射的临界角ic入射于分界面的光线3以出射角从棱镜另一侧面AC出射,而入射角度小于临界角ic的光线在界面上发生折射,进入液体,而不再能够进入棱边AC。入射角度大于临界角的光线发生全反射,进入AC面。因此在AC面观察时仍然可以看到一个分界非常明显的明区和暗区。测得出射角,即可以判定待测折射率nx。
图2 全反射法光路示意图
二、阿贝折射计的结构
图3阿贝折射仪外形图
;2、消散手柄;3、恒温水入口;4、温度计;5、测量棱镜;6、铰链;7、辅助棱镜;8、加液槽;9、反射镜;10、读数望远镜;11、转轴;12、刻度盘罩;13、闭合旋钮;14、底座。
贝折射计的使用方法
1、仪器安装:将阿贝折射仪安放在光亮处,但应避免阳光的直接照射,以免液体试样受热迅速蒸发。用超级恒温槽将恒温水通入棱镜夹套内,检查棱镜上温度计的读数是否复合要求(一般选用()℃或(25)℃)
2、加样:旋开测量棱镜和辅助棱镜的闭合旋钮(十字形),使辅助棱镜的磨砂斜面处于水平位置,若棱镜表面不清洁,可滴加少量***,用擦镜纸顺单一方向轻擦镜面(不可来回擦)。待镜面洗净干燥后,用滴管加数滴试样于辅助棱镜的毛镜面上,迅速合上辅助棱镜,旋紧闭合旋钮。若液体易挥发,动作要迅速,或先将两棱镜闭合,然后用滴管从加液空中注入试样(注意切勿将滴管折断在孔中)。
3、调光:转动镜筒使之垂直,调节反射镜使入射光进入棱镜,同时调节目镜的焦距,使目镜中十字线清晰明亮。调节消色散补偿器(右侧旋钮)使目镜中彩色光带消失。再调节读数螺旋(左侧旋钮),使明暗的界面恰好同十字线交叉处重合。
4、读数:从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。常用的阿贝折射仪可读至小数点后的第四位,为了使读数准确,一般应将试样重复测量三次,,然后取平均值。(左侧读数是液体