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实验1阿贝折射计测液体折射率

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折射率是物质的重要光学常数之一，能借以了解物质的光学性能、纯度、及浓度大小等．在分光计的使用实验中将给出固体（玻璃）折射率的测定方法，本实验采用阿贝折射计测定液体折射率．

实验目的

(1)学习用掠入射法测量液体折射率的原理；

(2)了解阿贝折射计的结构和工作原理，学会使用该仪器测量液体的折射率．

实验仪器

阿贝折射计，滴管，蒸馏水，无水酒精，少许脱脂棉，待测液体（水）．

实验原理

图1.1光线从光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角．逐渐加大入射角，可使折射角达到90°．折射角等于90°时的入射角称为临界角．反过来，若光线自光疏介质进入光密介质，入射角大于折射角．当光线以90°角入射

图1.1

1??????掠入射法测量液体的折射率

如图1.3所示，在一折射棱镜的AB面上充满了折射率为n1的液体，棱镜的折射率n2n1．若以单色的扩展光源照射分界面AB时，从图1.3可看出：入射角为90°的光线1将掠射到AB界面而折射进入三棱镜内．显然，光线1经折射面AB后的折射角正如发生全反射时的临界角，因而满足

（1.1）

当掠入射光线1经折射到AＣ面，再经折射而进入空气时，设在AC面上的入射角为ψ，折射角为φ，则有

（1.２）

除掠入射光线1外，其它光线如光线2在AB面上的入射角均小于90°，因此经三棱镜折射，最后从AC面折射进入空气时，都在光线的左侧．由于入射角i不可能比90°大，因而在三棱镜内不可能出现比临界角大的光线，即AC面上出射的光线中，没有比φ角小的折射光线，故称φ为极限角．当用望远镜对准AC面观察时，视场中将看到明暗两部分，其分界线就是i=90°的掠入射引起的极限角方向．

由图1.3中的光路图可知：三棱镜的棱镜角A与角及角ψ有如下关系：

，

即．（1.3）

应用式（1.3），并从式（1.1）和式（1.2）中消去和ψ后可得

．（1.4）

如果棱镜角A=90°，则

．（1.5）

因此，当直角三棱镜的折射率n2为已知时，测出φ角后即可计算出待测液体的折射率n1．上述测定折射率的方法即为掠入射法．

图1.2２

图1.2

阿贝折射计是测量透明、半透明液体或固体折射率的常用仪器．国产的WYA型阿贝计的测量范围为1.3000~1.7000（精度为±0.0002）．若该仪器接上恒温器，则可测定温度为0℃~70℃内的折射率n．

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．本实验只要求采用透射式方法测量透明液体的折射率．透射式测量光路如图1.2所示．

将折射率为n的待测液体放置在折射率为N的折射棱镜的AB面上，其棱角为A，并将进光棱镜盖上，则液体将充满AB面与A’B’面之间隙，并用光源照明之．如果nN，与图1.1相同，入射到AB面上的光线，经棱镜ABC两次折射后，由AC面射出的光束，

在望远镜视场中将看到半明半暗的视场，明暗分界线就对应于掠面入射光束．测出AC面上相应的临界角φ，即可应用（1.4）式计算求出待测的n值．因

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，所以仪器中直接刻有与φ角对应的折射率值．故不需要任何计算，可直接从调节的明暗分界现象，直接读出分界线对应的折射率值．

应用阿贝计测量n值时，无论采用透射光或反射光，式(1.3)都成立．反射式测量用于测量固体（透明或半透明）物质的折射率，测量方法不再介绍．

实验方法

(1)校准阿贝折射计．

用蒸馏水校准．打开进光棱镜，用脱脂棉沾一些乙醚、酒精的混合液（4:1）将镜面轻擦干净，然后用滴管在镜面上滴几滴蒸馏水（其折射率标准值20℃时为1.3330），调手轮，使读数恰为1.3330，再从望远镜目镜中看叉丝交线是否与黑白分界线重合．校正完毕后，再进行测定．测定的过程中不允许随意再动此部位．

(2)测量水的折射率．要求重复读数5次，求出待测n的平均值．

(3)按照上述方法，测量另一种液体的折射率．

注意事项

(1)每次测量前必须按照步骤1的方法对镜面进行清洁，清洗后必须待晾干才能再加入被测液体．

(2)任何物质的折射率都与测量时的温度和使用的光波波长有关．本仪器是在消除色散的情况下测得的折射率，其对应光波波长λ=589.3nm．如不需要测量不同温