实验十-液体折射率的测定.docVIP

3—8 液体折射率的测定 折射率是物质的一种重要光学常数。在生产和科学研究的许多部门中都会遇到折射率的测量问题。物质的折射率和光的波长有关，平时所说的折射率是指对钠黄光（）的折射率。本实验要求掌握液体折射率的测量方法；了解用掠入法测定折射率的原理；了解阿贝折射计的工作原理，并掌握其使用方法。 一、[仪器及用具] 阿贝折射计、蒸馏水、酒精、光源（钠光灯） 二、[实验原理] 当把折射率为的待测物质放在已知折射率为的直角棱镜的折射面AB上，且。若以单色的扩展光源照射分界面AB时，则从图3—8—1可以看出，入射角为的光线，将掠射到AB界面而折射进入三棱镜内。显然，其折射角应为临界角，因而满足下面的关系式： （3-8-1） 当光线1射到AC面时，再经过折射而进入空气，设在AC面上的入射角为，折射角为，则有： （3-8-2） 除光线1外，其他光线例如光线2在AB面上的入射角均小于。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，视场中将看到以光线1为分界线的半暗半明视场，如图3—8—1所示。 由图3—8—1可以看出三棱镜的棱镜角（当时）与角及角有如下关系： （3-8-3） 应用上式，并从（3-8-1）和（3-8-2）两式中消去和后可得： （3-8-4） 如果棱镜角，则： 因此，当直角棱镜的折射率为已知时，测出角即可算出待测物质的折射率。上述测定折射率的方法称为掠入法。 应用阿贝折射计测定透明液体或固体的折射率的方法，就是应用掠入法，它是基于全反射的原理。在阿贝折射计中所用棱镜的棱镜角，当被测物质为液体时，用一斜面为磨砂面的进光棱镜（也是棱镜）A′B′C′作为辅助棱镜。将待测液体放置在进光棱镜A′B′C′和折射棱镜ABC之间，如图3—8—2所示。进光棱镜的磨砂面主要是产生漫反射，以便使液体膜内有各种不同角度的入射光。 图3—8—2(a)是透射式测量光路，将折射率为的待测物质放在折射率为的直角棱镜的斜面上，其棱角为A，并用光源S照明之。如果介质的折射率，则与图8—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明半暗的视场，明暗分界线就对应于掠射面入射光束，测出AC面上相应的临界出射角，即可应用公式（3-8-4）计算。 应用阿贝折射计测定固体折射率时，不用照明棱镜。对于加工有两个抛光面的固体样品，测量光路可采用如图3—8—2（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3—8—2（c）所示的反射式测量。 阿贝折射计是用望远镜观察和进行角度测量的一种直读式仪器。仪器中直接刻有与角对应的折射率值，因此，在测量时不需要进行任何计算，能直接读出待测物质的折射率值。国产的WAY型阿贝折射计的测量范围是，精确度为。 阿贝折射计的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统（如图3—8—3所示） 望远镜系统：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时，其磨砂面上产生漫反射，使被测液体层上有各种不同角度的入射光，经过折射棱镜产生一束出射光。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（Amice）棱镜组成，其作用是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）将出射光形成的明暗分界线成像于分划板（7）上，分划板上有十字叉丝，通过目镜（8）能看到如图所示的上半部分图象。 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）将刻度板上的不同折射率示值成像于分划板（7）上。通过目镜就可看到如图所示的下半部分图象。注意：视场里的刻度标尺上有两行刻度，下行为直读折射率的数值，上行为百分浓度，作为测定糖溶液浓度的专用标尺。 图3—8—3 1．进光棱镜 2.折射棱镜 3.摆动反光镜 4.消色散棱镜组 5.望远物镜组 6.平行棱镜 7.分划板 8.目镜 9.读书物镜 10.反光镜 11.刻度板 12.聚光镜 图3—8—4 国产WAY型阿贝折射计的外型如图3—8—4所示。除棱镜和目镜以外全部光学组件及主要结构封闭于壳体内部。棱镜组固定于壳体上，由进光棱镜、折射棱镜、棱镜座等结构构成，两只棱镜分别用特种粘合剂固定在棱镜座内。两棱镜座（5）、（11）由转