固體與液體折射率的測定

1、實(shí)驗(yàn) 5-16 固體與液體折射率的測定實(shí)驗(yàn)講義單 位 ：物理實(shí)驗(yàn)中心 教師姓名 ：王殿生實(shí)驗(yàn) 5 16 固體與液體折射率的測定(一)教學(xué)基本要求1. 掌握利用顯微鏡測量透明固體和液體折射率的基本原理。2. 了解測量顯微鏡的結(jié)構(gòu)和使用方法，主要包括讀數(shù)方法和調(diào)焦方法。3. 學(xué)會(huì)利用合適標(biāo)志正確調(diào)焦在液體上下表面的方法。4. 介紹物質(zhì)折射率與光波波長、溫度等因素有關(guān)的概念。(二)講課提綱1實(shí)驗(yàn)簡介 折射率是透明物質(zhì)的一個(gè)重要的物理參數(shù)，它反映了物質(zhì)的基本光學(xué)性質(zhì)。物質(zhì)的折射率不但與它的分 子結(jié)構(gòu)和光線的波長有關(guān)，而且與物質(zhì)的密度、溫度、壓力等因素有關(guān)。實(shí)際工作中有時(shí)也需要通過測量折 射率來反求物質(zhì)

2、的密度、濃度等。實(shí)驗(yàn)所用儀器主要是測量顯微鏡，使用顯微鏡準(zhǔn)確確定待測位置，通過顯微鏡上的讀數(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行定量測 量。測量折射率的基本方法是利用光的折射原理。實(shí)驗(yàn)主要目的是學(xué)會(huì)一種測量物質(zhì)折射率的方法。2測量與數(shù)據(jù)處理要求(1) 具體測量方法和步驟自己想辦法，不統(tǒng)一講解。(自學(xué)成才、相互討論、問老師等均可)(2) 固體和液體的折射率均要求測量5次，5次的A點(diǎn)位置基本固定。(測量技巧， A-B-C 點(diǎn)依次測量，先將微調(diào)調(diào)到最下端，調(diào)節(jié)鏡筒看清第一片上的A 點(diǎn)讀數(shù)，此后不能再調(diào)節(jié)鏡筒焦距，放上第二片向上調(diào)節(jié)微調(diào)看清B點(diǎn)讀數(shù)，繼續(xù)向上調(diào)節(jié)微調(diào)看清 C點(diǎn)讀數(shù)，完成一次測量；然后 C-B-A 倒序測量。如此反

3、復(fù)，測量 5 次。)( 3 )列表記錄數(shù)據(jù)，表格規(guī)范，不能使用鉛筆記錄數(shù)據(jù)。(4) 測量數(shù)據(jù)簽字時(shí)檢查具體的測量操作過程，不能在簽字之前整理實(shí)驗(yàn)儀器，保持測量原貌，特別是 液體不能倒掉。(5) 充分熟悉測量顯微鏡的功能，注意實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)技巧和讀數(shù)放大鏡的使用。( 6 )先想后做，邊做邊想，邊想邊做，動(dòng)腦和動(dòng)手相互結(jié)合，相互促進(jìn)。( 7)數(shù)據(jù)處理時(shí)，計(jì)算折射率不確定度，表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3問題思考與討論(1) 測量固體玻璃折射率時(shí)，測量厚玻璃片好還是薄玻璃片好？( 2)測量液體水折射率時(shí)，燒杯中水多一點(diǎn)好還是少一點(diǎn)好？（三）實(shí)驗(yàn)報(bào)告固體與液體折射率的測定實(shí)驗(yàn)516教學(xué)目的1 學(xué)習(xí)測量顯微鏡的原理和

4、使用方法。2 進(jìn)一步學(xué)習(xí)根據(jù)光的折射定律測量折射率的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。3 利用測量顯微鏡測量液體和固體的折射率。實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)計(jì)思想及實(shí)現(xiàn)方法當(dāng)光線射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)，一部分反射，一部分折射，如圖所示，根據(jù)折射定律有:sin rni21式中ni和g分別為第一和第二介質(zhì)的絕對折射率，而對光密介質(zhì)底部一物體A來說，它發(fā)出的光線經(jīng)界面而折射，由于空氣是光疏介質(zhì)，因而折射線遠(yuǎn)離法線，即折射角大于入射角i。我們自空氣中看去，物體好象升高到B的位置，如圖所示。在 i和很小時(shí)，由DCA及厶DCB可得:C Dsin i tgi =ACsin tg代入上面公式可得出空氣對介質(zhì)的相對折射率,sin i B C2

5、1sin ACsin i式中AC為固體（或液體）的厚度， BC為固體（或液體）的視厚度，它們的值可用顯微鏡測出來。因介質(zhì)對空氣的折射率n為n21的倒數(shù)，故可得ACn 二BC物質(zhì)的折射率隨光波波長而改變（此現(xiàn)象叫色散）。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)用單色光來進(jìn)行測量。通常用對鈉黃光= 589.3nm的折射率來標(biāo)明介質(zhì)的特性。大多數(shù)液體的折射率隨溫度的改變而變化很大，因此，測 液體的折射率不僅要標(biāo)明波長，而且還要標(biāo)明溫度。3儀器用具測量顯微鏡，鈉光燈，薄玻璃片，待測厚玻璃片，小燒杯，粉末或紙片等。玻璃片4圖1實(shí)驗(yàn)儀器概貌實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測玻璃的折射率（1）把涂有綠漆作為標(biāo)記的薄玻璃片放在顯微鏡的載物臺(tái)上，用鈉光燈

6、把它照亮，并把顯微鏡調(diào)焦于綠 漆線上，記之為 A的坐標(biāo)。（2） 把待測的厚玻璃板放在薄玻璃上，再用顯微鏡對綠漆標(biāo)記調(diào)焦記之為B的坐標(biāo)。（3） 在厚玻璃表面上做標(biāo)記，對其調(diào)焦記之為C的坐標(biāo)。以上都需要反復(fù)測量，取平均值計(jì)算出AC和BC代入公式內(nèi)計(jì)算n并求不確定度。2、測水的折射率具體測量步驟請學(xué)生們自己設(shè)法解決。3、記錄測量溫度和所用光波波長。注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)過程中一定要仔細(xì)調(diào)節(jié)測量顯微鏡，以觀察到盡量清楚的像，這是本實(shí)驗(yàn)的主要誤差來源。2、大多數(shù)液體的折射率隨溫度的改變而變化，不僅要標(biāo)明波長，而且還要標(biāo)明溫度。問題思考與討論1、實(shí)驗(yàn)中所用計(jì)算折射率的公式是如何推導(dǎo)出來的？2、 在開始測量之前為

7、什么應(yīng)該先粗略地把要測量的各個(gè)位置的像先觀察一下？3、折射率的測量結(jié)果為什么要注明光的波長和室溫？4、使用顯微鏡應(yīng)注意什么問題？5、再考慮一種測固體和液體折射率的方法？數(shù)據(jù)記錄與處理1、測量玻璃的折射率（1 ）測量條件：溫度t = 25.0C； Na光照明，入=5893A° 0.1mm測量顯微鏡；厚普通玻璃片。(2 )數(shù)據(jù)記錄與處理表1測玻璃的折射率數(shù)據(jù)位置第1次第2次第3次第4次第5次平均值A(chǔ) 點(diǎn) /cm2.942.952.922.932.902.93B 點(diǎn) /cm3.123.133.143.133.133.13C 點(diǎn) /cm3.463.473.453.463.473.46AC/c

8、m0.53BC/cm0.33AC 0.53 n1.606BC 0.33(3) 不確定度計(jì)算方法計(jì)算直接測量量 A、B、C的t計(jì)算間接測量量 AC、BC的t計(jì)算間接測量量 n的。2、測量水的折射率(1 )測量條件：溫度 t = 25.0C； Na光照明，入=5893A0; 0.1mm測量顯微鏡；自來水。(2 )數(shù)據(jù)記錄與處理表2測水的折射率數(shù)據(jù)位置第1次第2次第3次第4次第5次平均值A(chǔ) 點(diǎn) /cm5.645.635.655.625.665.64B 點(diǎn) /cm6.436.426.446.416.456.43C 點(diǎn) /cm8.938.928.948.918.958.93AC/cm3.29BC/cm2.50AC 3.2