液體折射率的測定

1-液體折射率的測定班級學號姓名實驗時間摘要：根據光的折射定律，提出了用掠入射法簡捷，精確地測量液體折射率的方法.利用分光計和簡單的器件,通過一次測量精確地求得液體折射率.該方法簡捷，準確度高，可用于生產在線檢測，在實際生產中有應用價值.關鍵字：掠入射法；液體折射率引言：在食品、化工，醫藥等生產等生產部門，生產過程中經常要檢測液體的濃度，大多數液體的折射率和濃度有一定的關系.液體折射率常用阿貝折射計、讀數顯微鏡等儀器進行測量.雖然阿貝折射計精度高，但要接觸式測量，是非在線檢測，給生產檢控帶來不便.讀數顯微鏡雖可用在非接觸式測量，但其精度不是很好，有一定的局限性，特別在醫藥行業濃度的精確度要求較高時往往達不到較理想的要求.改用掠入法只需常用儀器分光計及附件三棱鏡，可用來在線檢測，儀器普通、測量簡捷、精確度高，在工業生產中有實用意義.原理簡述:用掠入射法測三棱鏡的折射率掠入射法測三棱鏡折射率的原理如圖①所示.按照圖①擺好實驗儀器，用擴展光鈉光燈源（用鈉光燈照亮的毛玻璃）照明該棱鏡的折射面，用望遠鏡對棱鏡圖①掠入射法測三棱鏡折射率的原理的另一個折射面AC進行觀測.在界面上圖中光線、、的入射角依次增大,而光線為掠入線（入射角為），對應的折射角為臨界角，用望遠鏡看到的視場是半明半暗的，中間有明顯的明暗分界線整體移動分光計或刻度盤使鈉光燈大體位于AB光學面的延長線上，用眼睛在出射光的方向找到一個明暗相間的分界線，再將望遠鏡轉至該方位—望遠鏡看到的視場是半明半暗的，中間有明顯的明暗分界線，使豎直“+”字叉絲對準明暗相間的分界線，將刻度盤固定記下左右游標讀數和.記下轉動望遠鏡AC面的法線位置，記下兩游標讀數和，從而可求光線經過三棱鏡的最小出射角。在棱鏡中再也不可能有折射角大于的光線.在界面上，出射光、、的出射角依次減小，以光的入射角為,出射角為最小，稱為極限角。因此，用用望遠鏡看到的視場是半明半暗的，中間有明顯的明暗分界線.證明如下：其中棱鏡的折射率n與棱鏡頂角、最小出射角.當一束光以入射角射入三棱鏡一光面上，由光折射定律可得：三棱鏡的折射率由圖②可得到幾何關系當入射光平行界面入射時，入射角=90，代入化簡可得圖②液體折射率的測量原理將一、二滴被測液體均勻地滴在毛玻璃的表面，然后貼在三棱鏡的AB面上(此動作要輕，不要使三棱鏡位置發生移動)，使液體形成一均勻的薄膜(液體不用過多，過多就用吸脂棉吸收).整體移動分光計或刻度盤使鈉光燈大體位于AB光學面的延長線上，用眼睛在出射光的方向找到一個明暗相間的分界線，再將望遠鏡轉至該方位—望遠鏡看到的視場是半明半暗的，中間有明顯的明暗分界線，使豎直“+”字叉絲對準明暗相間的分界線，將刻度盤固定，記下左右游標讀數和.記下轉動望遠鏡AC面的法線位置，記下兩游標讀數和，從而可求光線經過待測液體的出射極限角.當鈉光燈擴展光的光線以90°掠入射時，證明如下：由圖③可以看出,入射角為π/2的光線1,將射到AB界面而折射進入三棱鏡內.顯然,其折射角應為臨界角.因而滿足關系式圖③液體折射率的測量原理=（1）當光線1射到AC面,再經折射而進入空氣時,設在AC面上的入射角為,折射角為,有（2）除光線1外,其他光線如光線2，光線3在AB面上的入射角均小于π/2,因此經三棱鏡折射最后進入空氣時,都在光線1左側.當用望遠鏡對準出射光線方向觀察時,視場中將看到以光線1為分界線的明暗相間半明半暗的視場,如圖②所示.由圖②可以看出,三棱鏡的棱鏡角A與及角有幾何關系可得：+=利用上式,并從（1）和（2）兩式中消去和,得上式中，n為棱鏡的折射率，為極限角.實驗內容及步驟：(1)按照分光計調節要求和方法,調節分光計.(2)用掠入射法測量出，，，，利用公式求出極限角，重復測量5次，求極限角平均值和不確定度并由此計算所給三棱鏡的折射率n、不確定度U(n).(3)如圖③所示擺好實驗儀器,將待測液體滴在三棱鏡的AB面上,并用另一毛玻璃AB的一個表面AB與AB面相結合,使液體在兩棱鏡接觸面間形成一均勻液膜,然后置于分光計載物平臺上.(4)點亮鈉光燈,旋轉載物平臺或望遠鏡,在出射光方向AC面找到半蔭視場分界線，利用自準直的調節方法,使“+”字像與上叉絲中心重合，將刻度盤固定，記下左右游標讀數和，測出AC面的法線方向(即使望遠鏡的光軸垂