改進(jìn)讀數(shù)顯微鏡提高測(cè)量透明物質(zhì)折射率的準(zhǔn)確度

1、改進(jìn)讀數(shù)顯微鏡提高測(cè)量透明物質(zhì)折射率準(zhǔn)確度關(guān)鍵詞透明物質(zhì)折射率；讀數(shù)顯微鏡；平面反射鏡：長(zhǎng)物距物鏡；精確測(cè)量IMPROVING READINGMICROSCOPE INCREASE THE PRECISIONOF MEASURING REFRACTION OF TRANSPARENCY MATERIALAbstract：By improving the lens of a reading microscope and putting a plane mirror before it，the reading microscope is used to measure the refractive

2、 index of the transparency substanceSo as to increase the measuring preeisionKey words：refractive index of transparency substance；reading microscope；plane mirror；longobjectdistance field lens；precise measurement1. 引言由湊數(shù)顯微鏡測(cè)量透明物質(zhì)折射率實(shí)驗(yàn)，許多高校作為設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)開設(shè)，實(shí)驗(yàn)時(shí)一般要分別i見4光屏與物鏡之間沒有被測(cè)物質(zhì)以及有被測(cè)物質(zhì)情況下，目鏡中光屏成清晰圖像時(shí)，物鏡所

3、在的位置之差。由于兩次測(cè)量是通過光學(xué)系統(tǒng)的上、下調(diào)焦進(jìn)行的，垂直方向游標(biāo)尺的測(cè)量分度值為0.1毫米。而讀數(shù)顯微鏡的水平螺旋測(cè)微系統(tǒng)，其測(cè)量分度值為001毫米；因此如何利用準(zhǔn)確度高的讀數(shù)顯微鏡水平螺旋測(cè)微系統(tǒng)，測(cè)量沒有被測(cè)物質(zhì)以及有被測(cè)物質(zhì)情況下，目鏡中光屏成清晰圖像時(shí)，物鏡所在的位置之差，是提高透明物質(zhì)折射率測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵為實(shí)現(xiàn)這樣要求，筆者對(duì)原讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行改造，并運(yùn)用于測(cè)量透明物質(zhì)折射率，達(dá)到了，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度的目的，本項(xiàng)改進(jìn)也可以在其它用到瀆數(shù)顯微鏡的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用，具普通應(yīng)用價(jià)值。2.實(shí)驗(yàn)原理2.1 讀數(shù)顯微鏡改造 通常的讀數(shù)顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)由目鏡、物鏡與光筒組成。目鏡和物鏡固定在光筒

4、的端，測(cè)量過程中兩者之間距離不變，使被測(cè)物體在目鏡中清晰成像時(shí)，物鏡到被測(cè)物體之間的距離一般不足5厘米，為了擴(kuò)大使用范圍，需要換一個(gè)物鏡，使其物距在lo15厘米之間。為了能使讀數(shù)顯微鏡螺旋測(cè)微系統(tǒng)的水平移動(dòng)調(diào)節(jié)成為光學(xué)系統(tǒng)調(diào)焦調(diào)節(jié)，在讀數(shù)顯微鏡物鏡前增加一個(gè)平面反射鏡，并和物鏡固定在一起，其平面反射鏡的鏡面與光學(xué)系統(tǒng)的光簡(jiǎn)保持45度的夾角，如圖1所示。2.2 用讀數(shù)顯微鏡測(cè)平板玻璃折射率原理 測(cè)量原理如圖2所示：當(dāng)從觀察點(diǎn)觀察透明玻璃下面的物P時(shí)，實(shí)際觀察到的是物P的像P1設(shè)t。為物P經(jīng)玻璃折射出射線與玻璃法線的夾角，t，為物P光在玻璃中到達(dá)觀察點(diǎn)與玻璃法線的夾角，D為玻璃的厚度，o為垂直于玻

5、璃且通過物P的阿線到觀察點(diǎn)的距離，兒為玻璃的折射率，n。為空氣折時(shí)率，根據(jù)折射律關(guān)系有: (1) 由圖2關(guān)系得: 將sinto和sintl的表達(dá)式代入式(1)得： 當(dāng)a趨于零時(shí)，也就是觀察者從玻璃上方垂直觀察物P時(shí)，則有關(guān)系式: (2)用讀數(shù)顯微鏡測(cè)透明物質(zhì)折射率時(shí)，調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)到物屏的距離，使從目鏡中清晰觀察到物屏的圖像時(shí)，記錄光學(xué)系統(tǒng)所在的位置X。；把待測(cè)一定厚度D的透明玻璃放在物屏與物鏡之間，再次調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的位置，使得物屏的物光通過待測(cè)透明玻璃以及物鏡，從目鏡中再次清晰觀察到物屏的圖像，記錄此時(shí)光學(xué)系統(tǒng)所么的位置義，。被測(cè)物質(zhì)的厚度D可以通過讀數(shù)顯微鏡測(cè)量出來。在正常溫度和氣壓下，空氣

6、折射率為10002926，根據(jù)式(2)被測(cè)物質(zhì)的折射率n為： (3) 3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析3.1 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介 實(shí)驗(yàn)裝置由KFJCD3讀數(shù)顯微鏡、長(zhǎng)物距物鏡、可固定在物鏡前的平面反射鏡、鈉光燈源、物屏(如圖3)、長(zhǎng)方形平板玻璃樣品等組成。為了提高測(cè)量者眼睛的反應(yīng)靈敏度，將物屏光孔用三根毛發(fā)橫粘在光孔上，如圖3所示，當(dāng)單色光保持一定角度照射到物屏?xí)r，從顯微鏡的目鏡中能觀察到毛發(fā)的邊沿發(fā)亮，并且有衍射光斑，調(diào)整平面反射鏡到物屏的距離，衍射光斑逐漸消除，衍射光研消除時(shí)，毛發(fā)邊沿有一清晰亮線，靈敏度較高。3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法 3.2.1 測(cè)玻璃厚度取長(zhǎng)方形待測(cè)玻璃樣晶，并豎放在讀數(shù)顯微鏡的載物臺(tái)上

7、，轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)顯微鏡的調(diào)焦輪，調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的上、下位置，使得從讀數(shù)顯微鏡的目鏡中，清晰觀察到玻璃側(cè)邊圖像，調(diào)整讀數(shù)顯微鏡目鏡中的十字叉絲豎線，使其與待測(cè)玻璃側(cè)邊平行，并與瀆數(shù)顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)水平移動(dòng)方l甸相垂直。轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪，水平移動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，使目鏡中的t字叉絲豎線與被測(cè)透明玻璃一側(cè)邊重合，記錄螺旋測(cè)微系統(tǒng)上的主尺張副尺示值，即光學(xué)系統(tǒng)一側(cè)所在的位置D0：再轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪，水平移動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，使目鏡中的十字叉絲豎線向被測(cè)玻璃樣品一側(cè)邊移動(dòng)，直至相重合，此時(shí)，記錄光學(xué)系統(tǒng)另一側(cè)所在的位置D，被測(cè)玻璃的厚度為D，測(cè)量數(shù)據(jù)記人表格1，重復(fù)上述操作6次。3.2.2 測(cè)有待測(cè)樣品和沒有待測(cè)樣品時(shí)的物鏡

8、位置差把讀數(shù)顯微鏡的物鏡換成長(zhǎng)物距物鏡，在物鏡前安最一個(gè)平面反射鏡，使平面反射鏡與顯微鏡光簡(jiǎn)保持45。夾角，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)方法如下：在載物臺(tái)上放置一個(gè)物屏，用鈉光燈照亮物屏，轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)顯微鏡的瀾焦輪、螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪以及平面反射鏡，使得在轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪時(shí)，所觀察到物屏的像不會(huì)移動(dòng)位置；把待測(cè)透明玻璃堅(jiān)放在載物臺(tái)上，且處于平面反射鏡與物屏之間，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪，水平移動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，記錄從目鏡中清晰觀察到物屏像時(shí)，記錄螺旋測(cè)微系統(tǒng)上的主尺和副尺指示，以表示光學(xué)系統(tǒng)物鏡所在的位置X0，填入表格2，把待測(cè)透明玻璃從載物臺(tái)上取下。接著轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪，水平移動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，從目鏡中清晰觀察到物屏像時(shí)，記

9、錄螺旋測(cè)微系統(tǒng)上的主尺和副尺指示，以表示光學(xué)系統(tǒng)物鏡所在的位置X0，將其記入表格重復(fù)步驟(1)、(2)6次。 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入公式(3)汁算待測(cè)材料的折射率。3.3 數(shù)據(jù)處理與分析 表1 測(cè)平板玻璃厚度D 測(cè)量次數(shù)123456Di0/mm12.50112.33112.18611.92511.96112.393Di1/mm5.7515.5535.4325.1455.1525.623Di/mm6.7506.7786.7546.7806.7096.770D/mm6.757由表1計(jì)算平板玻璃厚度得：D = 6.7657mm 表2 測(cè)量數(shù)據(jù) 測(cè)量次數(shù)123456Xi1/mm13.85211.9819.4348.23612.3936.464Xi0/mm11.5669.6787.1285.91410.0834.160Xi/mm2.2862.3032.3062.3222.3102.304X/mm2.305 由表2計(jì)算得:X =2.305mm 將以上測(cè)量數(shù)據(jù)代入式（3）得:N =1.5177玻璃折射率的標(biāo)準(zhǔn)值 (對(duì)=5893nm)為151630，測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的百分誤差為009233，此測(cè)量結(jié)果在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍之內(nèi)。4. 結(jié)束語改造的讀數(shù)顯微鏡由于把載物臺(tái)上物屏的水平物光，經(jīng)平面反射鏡反射，進(jìn)人物鏡，到達(dá)目鏡成像；通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪