实验九 用掠射法测定透明介质的折射率

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1、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

2、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

3、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A

4、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）

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

6、，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

7、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，对于加工只有一个抛光面的固体样品。则可采用图4－4（）所示的反射式测量。用光源S（一般为自然光）照亮折射棱镜上的磨砂面BC，使之成为一个扩展的平面光源，从面上各点发出的光线、Ⅱ射抵AB面上的E点时，入射角均不相同。其中入射角大于临界角iC

8、的，都发生在全反射后再由AC面射出，同样，在望远镜对准Ⅰ＇观察时，亦可看到半荫视场，只是明暗分布恰与透射光的