設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告二

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁（二）用阿貝折射儀測定液體折射率小組成員：俞俊、陳范、鮑仙陽摘要：阿貝折射儀就是按照全反射原理制成的一種專門用于測量透明或半透明液體和固體折射率及色散率的儀器，它還可用來測量糖溶液的含糖濃度。它是石油化工、光學(xué)儀器、食品工業(yè)等有關(guān)工廠、科研機(jī)構(gòu)及小學(xué)的常用儀器。本次實(shí)驗(yàn)將運(yùn)用阿貝折射儀測量液體折射率，借以來加深對全反射原理的理解，控制應(yīng)用主意以及通過對幾種液體折射率的測量，學(xué)會(huì)使用阿貝折射儀。。關(guān)鍵詞：阿貝折射儀、折射率、色差正文：引言阿貝折射儀是能測定透明、半透明液體或固體的折射率nD和平均色散nF－nC的儀器（其中以測透明液體為主），如儀器上接恒溫器，則可測定溫度為0℃－70℃內(nèi)的折射率nD。折射率和平均色散是物質(zhì)的重要光學(xué)常數(shù)之一，能借以了解物質(zhì)的光學(xué)性能、純度、及色散大小等。它還可用來測量糖溶液的含糖濃度。它是石油化工、光學(xué)儀器、食品工業(yè)等有關(guān)工廠、科研機(jī)構(gòu)及小學(xué)的常用儀器。折射率是透明材料的一個(gè)重要光學(xué)常數(shù)。測定透明材料折射率的主意無數(shù)，全反射法是其中之一。全反射法具有測量方便快捷，對環(huán)境要求不高，不需要單色光源等特點(diǎn)。然而，因全反射法屬于比較測量，故其測量確切度不高（大約Δn=3×104），被測材料的折射率的大小受到限制（約為1.3～1.7），且對固體材料還需制成試件。盡管如此，在一些精度要求不高的測量中，全反射法仍被廣泛使用。實(shí)驗(yàn)原理與主意由全反射定律可知，當(dāng)光芒從光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)時(shí)，若入射角為某個(gè)特定角，其折射角可達(dá)90o，此入射角稱為全反射臨界角。反之，當(dāng)光芒以90o入射角自光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)時(shí)，其折射角即為全反射臨界角。如圖所示,在進(jìn)光棱鏡A‵B‵C‵與折射棱鏡ABC之間勻稱彌漫折射率為nx的液體。設(shè)折射棱鏡的折射率為n1，且n1＞nx，光芒進(jìn)入進(jìn)光棱鏡后被磨砂面A‵B‵漫反射為各種方向的光芒通過待測液體后射向折射棱鏡。沿AB面掠射的光芒（入射角i=90o）經(jīng)界面AB折射后以全反射臨界角α進(jìn)入折射棱鏡，又以折射角β從BC面出射至空氣中。所有入射角小于90o的光芒都能折射進(jìn)入折射棱鏡，經(jīng)AB面折射后的折射角都小于臨界角α。而所有入射角大于90o的光芒都被棱鏡的金屬外殼擋住，不能進(jìn)入折射棱鏡。因此，入射角等于90o的光芒是折射到棱鏡內(nèi)的所有光芒中最靠邊(折射角最大)的一條光芒)圖中1-1‵光芒），其他光芒均在該光芒的下方（圖中2-2‵光芒），在此光芒以上則徹低無光。用望遠(yuǎn)鏡迎著出射光方向看見，就會(huì)看到圖中明暗分明的兩分視場，其分界線對應(yīng)于以β角出射的光芒。物質(zhì)材料的不同，其折射率就不相同。不同的折射率又對應(yīng)著不同的全反射臨界角，因而出射角也就不相同。簡而言之，就是一定的出射角β，對應(yīng)于一定的折射率。由折射定律，光芒經(jīng)AB面折射滿意：經(jīng)BC面折射滿意：已知i=900，n2=1（空氣的折射率），由角度關(guān)系α=φ-γ和三角函數(shù)關(guān)系解得：當(dāng)出射光芒在折射棱鏡BC面法線的上方（右側(cè)）時(shí)，上式中cosφsinβ前的“-”號(hào)應(yīng)改為“+”號(hào)。式中，φ為折射棱鏡入射面AB與出射面BC之間的的夾角。若φ和n1已知，則只需測出出射角β，便可計(jì)算出待測液的折射率nx。阿貝折射儀的刻度盤上直接刻有與出射角β對應(yīng)的n值，因此用阿貝折射儀測物體的折射率不必計(jì)算，可從刻度盤上直接讀出nx的值。物質(zhì)的折射率與通過該物質(zhì)的光的波長有關(guān)。通常所指固體和液體的折射率是對鈉光發(fā)出的平均波長為5.893×10-7m的D譜線（鈉黃光）而言的，用nD表示。普通情況下略去下標(biāo)記作n。阿貝折射儀中的阿米西棱鏡（也稱色散棱鏡），是按照讓D譜線直通（偏向角為零）的條件設(shè)計(jì)的，所以用阿貝折射儀測得的折射率nx就是待測物對D譜線的折射率n。儀器的光學(xué)部分由望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)二個(gè)部分組成1.進(jìn)光棱鏡2.折射棱鏡3.擺動(dòng)反光鏡4.消色散棱鏡組5.望遠(yuǎn)物鏡組6.平行棱鏡7.分劃板8.目鏡9.讀數(shù)物鏡10.反光鏡11.刻度板12.聚光鏡阿貝折射儀進(jìn)光棱鏡（1）與折射棱鏡（2）之間有一極小勻稱的間隙,被測液體就放在此空隙內(nèi).當(dāng)光芒（天然光或白熾光）射入進(jìn)光棱鏡（1）時(shí)便在其磨砂面上產(chǎn)生漫反時(shí)，使被測液層內(nèi)有各種不同角度的入射光，經(jīng)過折射棱鏡（2）產(chǎn)生一束折射角均大于臨界角Ⅰ的光芒.由擺動(dòng)反射鏡（3）將此束光芒射入消色散棱鏡組（4），此消色散棱鏡組是由一對等色散阿米西棱鏡組成，其作用是獲得一可變色散來抵消因?yàn)檎凵淅忡R對不同被測物體所產(chǎn)生的色散.再由望遠(yuǎn)鏡（5）將此明暗分界線成象于分劃板（7）上，分劃板上有十字分劃線，通過目鏡（8）能看到如圖五上半部所示的象。光芒經(jīng)聚光鏡（12）照明刻度板（11），刻度板與擺動(dòng)反射鏡（13）連成一體，同時(shí)繞刻度中央作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過反射鏡（10），讀數(shù)物鏡（9），平行棱鏡（6）將刻度板上不同部位折射率示值成象于分劃板（7）上。3結(jié)構(gòu)部分：底座（14）為儀器的支承座，殼體（17）固定在其上。除棱鏡和目鏡以外所有光學(xué)組件及主要結(jié)構(gòu)封閉于殼體內(nèi)部。棱鏡組固定于殼體上，由進(jìn)光棱鏡、折射棱鏡以及棱鏡座等結(jié)構(gòu)組成，兩只棱鏡分離用特種粘合劑固定在棱鏡內(nèi)。為進(jìn)光棱鏡座，（11）為折射棱鏡座，兩棱鏡座由轉(zhuǎn)軸（2）銜接。進(jìn)光棱鏡能打開和關(guān)閉，當(dāng)兩棱鏡座密合并用手輪（10）鎖緊時(shí)，二棱鏡之間保持一勻稱的間隙，被測液體應(yīng)彌漫此間隙。（3）為遮光板，（18）為四只恒溫器接頭，（4）為溫度計(jì)，（13）為溫度計(jì)座，可用乳膠管與恒溫器銜接使用。（1）為反射鏡（8）為目鏡，（9）為蓋板，（15）為折射率刻度調(diào)節(jié)手輪（6）為色散調(diào)節(jié)手輪（7）為色散值刻度圈，（12）為照明刻度盤聚光鏡。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）用蒸餾水校準(zhǔn)

1．將棱鏡鎖緊板手松開，將棱鏡擦整潔（注重：用無水酒精或其他易揮發(fā)溶劑，用鏡頭紙擦干）。

2．用滴管將2～3滴蒸餾水滴入兩棱鏡中間，合上并鎖緊。

3．調(diào)節(jié)棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使折射率讀數(shù)恰為1.3330。

4．從測量鏡筒中看見黑白分界線是否與叉絲交點(diǎn)重合。若不重合，則調(diào)節(jié)刻度調(diào)節(jié)螺絲，使叉絲交點(diǎn)確切地和分界線重合。若視場浮上色散，可調(diào)節(jié)微調(diào)手輪至色散出現(xiàn)。

（2）用標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊校準(zhǔn)

1．松開棱鏡鎖緊扳手，將進(jìn)光棱鏡拉開。

2．在玻璃塊的拋光底面上滴溴化萘（高折射率液體），把它貼在折光棱鏡的面上，玻璃塊的拋光側(cè)面應(yīng)向上，以采納光芒，使測量鏡筒視場明亮。

3．調(diào)節(jié)大調(diào)手輪，使折射率讀數(shù)恰為標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊已知的折射率值。

4．從測量鏡筒中看見。若分界線不與叉絲交點(diǎn)重合，則調(diào)節(jié)螺絲使它們重合。若有色散，則調(diào)節(jié)微調(diào)手輪消除色散。（3）測定液體的折射率

若待測物為透明濃體，普通用透射光即掠入射主意來測量其折射率nx。主意如下：滴2～3滴待測液體在進(jìn)光棱鏡的磨砂面上，并鎖緊。（若溶液易揮發(fā)，須在棱鏡組側(cè)面的一個(gè)小孔內(nèi)加以補(bǔ)充）；旋轉(zhuǎn)大調(diào)手輪，在測量鏡筒中將看見到黑白分界線在上下移動(dòng)（若有彩色，則轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪消除色散，使分界線黑白分明），至視場中黑白分界線與叉絲交點(diǎn)重合為止；在讀數(shù)鏡筒中，讀出分劃板中橫線在右邊刻度所指示的數(shù)據(jù)，即為待測液體的折射率nx,并記錄；重復(fù)測量三次，求折射率的平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析實(shí)驗(yàn)測得酒精的折射率為1.5400.結(jié)論折射率液在本實(shí)驗(yàn)中主要用于對