实验九用掠射法测定透明介质的折射率.docVIP

实验九 用掠射法测定透明介质的折射率 目的 １．掌握用掠射法测定液体的折射率。 ２．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法。 实验内容 练习一 用掠入射法测定液体折射率 仪器和用具： 分光仪，三棱镜（两块），单色光源（钠灯），等待测液体（水、酒精），读数小灯，毛玻璃。 原理 将折射率为n的待测物质放在已知折射率为n1的直角棱镜的折射面AB上，且（n＜n1）。若以单色的扩展光源照射分界面AB，则从图4－1可以看出：入射角为π/2的光线Ⅰ将掠射到AB界面而折射进入三棱镜内，显然，其折射角ic应为临界角。因而，应满足关系 （4－1） 当光线Ⅰ射到AC面，再经折射而进入空气时，设在AC面上的入射角为，折射角为，则有 　 　　（4－2） 除入射光线Ⅰ外，其他光线如光线Ⅱ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Ⅰ＇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Ⅰ＇为分界线的明暗半荫视场，如图4－1所示。 由图4－2可以看出，当三棱镜的棱镜角A大于角ic时，A、ic和角φ有如下关系 　　 　　　　　　　（4－3） 将（4－1），（4－2）和（4－3）消去ic和φ后可得： 　　 （4－4） 若棱镜角A等于90度，则上式简化为： 　 （4－5） 因此，当直角棱镜的折射率n1为已知时，测出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。（问：如果Aic时，式（4－3），（4－4）将有何变化？观察的现象有何变化？） 测量 （１）按实验三有关内容将分光仪调节好，即应用自准直法将望远镜对无穷远调焦，并使其光轴垂直于仪器的转轴；调节棱镜的主截面也和仪器的转轴垂直。 （２）按图4－3所示，将待测液体滴一、二滴在直角棱镜的AB面上，用90度角作为棱镜顶角A，并用另一辅助棱镜（A＇B＇C＇）的一个表面A＇B＇与AB面相合，使液体在两棱镜接触面间形成一均匀液层，然后置于分光仪载物台上，（注意棱镜的放置方法）。（问:可否不用辅助棱镜？） 1直角棱镜 2辅助棱镜 3钠灯 4毛玻璃屏 5待测液体薄膜 6用望远镜观察到的半荫视场 （３）点亮钠灯照亮毛玻璃屏4，将它放在折射棱B的附近，先用眼睛在出射光的方向观察半荫视场。旋转载物台，改变光源和棱镜的相对方位，使半荫视场的分界线位于载物台近中心处，将载物台固定。转动望远镜，使望远镜叉丝对准分界线，记下两游标读数（V1，V2），重复测量几次，分别取平均值。 （４）再次转动望远镜，利用自准直的调节方法，测出AC面的法线方向（即使望远镜的光轴垂直于AC面），记下两游标读数（V1’,V2’）。重复测量几次，取其平均值。由此可得 ＝1/2[(V1’－V1)＋（V2’－V2）] （５）将值代入（4－5）式，即得 如果棱镜角A不等于90度，则将值代入（4－4）式计算出。 （６）依同样方法，重复以上步骤，测定另一种液体的折射率。 注意事项： （１）注意观察看到的现象是否准确？（如何判断?） （２）辅助棱镜A＇B＇C＇的作用是让较多的光线能投射出到液层和折射棱镜的面AB上，使观察到的分界线更为清楚。两棱镜之间的液层一定要均匀，不能有气泡。滴入液体不宜过多，避免大量液体渗漏在仪器上。 （３）改换另一种被测液体时，必须将棱镜擦拭干净。 练习二 用阿贝折射计测定透明介质的折射率 原理和仪器描述 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1.3～1.7，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为0.0003。还可测量出不同温度时的折射率。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。 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4－4（）所示。将折射率为的待测物质放在折射率为n1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＜n1，这时与图4—1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，即可应用（4－4）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，则光路可采用如图4－4（）所示的透射式测量，对于加工只