阿貝折射儀測(cè)溶液折射率實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 西安理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)課程名稱(chēng)： 普通物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)日期：2011年4月21日交報(bào)告日期：2011年4月28日?qǐng)?bào)告退發(fā)： （訂正、重做）教師審批簽字：專(zhuān)業(yè)班號(hào)： 應(yīng)物091 組別： 2 姓名： 趙汝雙 學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)： 阿貝折射儀測(cè)介質(zhì)折射率折射率是透明材料的一個(gè)重要光學(xué)常數(shù)。測(cè)定透明材料折射率的方法很多，如全反射法和最小偏向角法，最小偏向角法具有測(cè)量精度高、被測(cè)折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的標(biāo)準(zhǔn)試件而能直接測(cè)出被測(cè)材料的折射率等優(yōu)點(diǎn)。但是，被測(cè)材料要制成棱鏡，而且對(duì)棱鏡的技術(shù)條件要求高，不便快速測(cè)量。全反射法具有測(cè)量方便快捷，對(duì)環(huán)境要求不高，不需要單色光源等特點(diǎn)。然而，因全反

2、射法屬于比較測(cè)量，故其測(cè)量準(zhǔn)確度不高（大約n=3 10-4），被測(cè)材料的折射率的大小受到限制（約為1.31.7），且對(duì)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(cè)量中，全反射法仍被廣泛使用。阿貝折射儀就是根據(jù)全反射原理制成的一種專(zhuān)門(mén)用于測(cè)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(lái)測(cè)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)及學(xué)校的常用儀器。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深對(duì)全反射原理的理解，掌握應(yīng)用方法。2. 了解阿貝折射儀的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理，熟悉其使用方法。3. 測(cè)水和酒精的折射率和平均色散實(shí)驗(yàn)儀器WAY阿貝折射儀、待測(cè)液（蒸餾水，無(wú)水乙醇）、滴管 、脫

3、脂棉實(shí)驗(yàn)原理一、儀器描述 阿貝折射儀是測(cè)量物質(zhì)折射率的專(zhuān)用儀器，它能快速而準(zhǔn)確地測(cè)出透明、半透明液體或固體材料的折射率（測(cè)量范圍一般為1.4-1.7)，它還可以與恒溫、測(cè)溫裝置連用，測(cè)定折射率與溫度的變化關(guān)系。 阿貝折射儀的光學(xué)系統(tǒng)由望遠(yuǎn)系統(tǒng)和讀數(shù)系統(tǒng)組成，如圖1所示。望遠(yuǎn)系統(tǒng)。光線進(jìn)入進(jìn)光棱鏡1與折射棱鏡2之間有一微小均勻的間隙，被測(cè)液體就放在此空隙內(nèi)。當(dāng)光線（太陽(yáng)光或日光燈）射入進(jìn)光棱鏡1時(shí)便在磨砂面上產(chǎn)生漫反射，使被測(cè)液層內(nèi)有各種不同角度的入射光，經(jīng)折射棱鏡2產(chǎn)生一束折射角均大于出射角度i的光線。由擺動(dòng)反射鏡3將此束光線射入消色散棱鏡組4，此消色散棱鏡組是由一對(duì)等色散阿米西棱鏡組成，其作

4、用是可獲得一可變色散來(lái)抵消由于折射棱鏡對(duì)不同被測(cè)物體所產(chǎn)生的色散。再由望遠(yuǎn)鏡5將此明暗分界線成像于分劃板 7上，分劃板上有十字分劃線，通過(guò)目鏡8能看到如圖2上部分所示的象。讀數(shù)系統(tǒng)。光線經(jīng)聚光鏡12照明刻度板11（刻度板與擺動(dòng)反射鏡3連成一體同時(shí)繞刻度中心作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。通過(guò)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(見(jiàn)圖2)圖 1 望遠(yuǎn)系統(tǒng)讀數(shù)系統(tǒng)光路圖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.刻度盤(pán)12.聚光鏡圖 2 讀數(shù)鏡視場(chǎng)中右邊為液體折射率刻度，左邊為蔗糖溶液質(zhì)量分

5、數(shù)（錘度Brix）（0-95，刻度） 圖3儀器結(jié)構(gòu)圖1反射鏡2棱鏡座連接轉(zhuǎn)軸3遮光板5進(jìn)光棱座6色散調(diào)節(jié)手輪7色散值刻度圈8目鏡9蓋板10鎖緊手輪11折射標(biāo)棱鏡座12照明刻度聚光鏡13溫度計(jì)座14底座15折射率刻度手輪17殼體18恒溫器接頭二、實(shí)驗(yàn)原理 阿貝折射儀是根據(jù)全反射原理設(shè)計(jì)的，有透射光(掠入射)與反射光(全反射)兩種使用方法。（一）測(cè)定液體的折射率若待測(cè)物為透明液體，一般用透射光即掠入射方法來(lái)測(cè)量其折射率nx。阿貝折射儀中的阿貝棱鏡組由兩個(gè)直角角棱鏡(折射串率為n)組成，一個(gè)是進(jìn)光棱鏡，它的弦面是磨砂的，其作用是形成均勻的擴(kuò)展面光源。另一個(gè)是折射棱鏡。待測(cè)液體(nxn)夾在兩棱鏡的弦

6、面之間，形成薄膜。如圖4所示， 圖 4光先射入進(jìn)光棱鏡，由其磨砂弦面A，B，產(chǎn)生漫射光穿過(guò)液層進(jìn)入折射棱鏡(圖中ABC)。因此到達(dá)液體和折射棱鏡的接觸面(AB面)上任意一點(diǎn)E的諸光線(如1，2，3等)具有各種不同的入射角，最大的入射角是90度。，這種方向的入射稱(chēng)為掠入射。對(duì)不同方向入射光中的某條光線，設(shè)它以入射角i射向AB面，經(jīng)棱鏡兩次折射后，從AC面以角出射，若，則由折射定律得 1） 2）其中為AB面上的折射角，為AC面上的入射角。由圖4得棱鏡頂角A與角及角的關(guān)系為則 代入1）式得 3）由2）式得即則代入3）式得：從圖4可以看出，對(duì)于光線“1”，有i90，sini1，則上式變?yōu)?因此，若折射

7、棱鏡的折射率n、折射頂角95已知，只要測(cè)出出射角即可求出待測(cè)液體的折射率。若,這時(shí)出射光線與頂角A在AC面法線的同側(cè)，上式變?yōu)榘⒇愓凵鋬x是如何測(cè)量與光線“1”相對(duì)應(yīng)的出射角呢?由圖4可知。除光線“1”外，其它光線“2”、“3”等在AB面上的入射角皆小于90度。因此當(dāng)擴(kuò)展光源的光線從各個(gè)方向射向AB面時(shí)，凡入射角小于90度的光線，經(jīng)棱鏡折射后的出射角必大于角而偏折于“1”的左側(cè)形成亮視場(chǎng)。而“1”的另一測(cè)因無(wú)光線而形成暗場(chǎng)。顯然，明暗視場(chǎng)的分界線就是掠入射光束“1”的出射方向(“1”)。 阿貝折射鏡標(biāo)出了與角對(duì)應(yīng)的折射率值，測(cè)量時(shí)只要使明暗分界線與望遠(yuǎn)鏡叉絲交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，就可從視場(chǎng)中折射率刻度讀出n

8、x值。任何物質(zhì)的折射率都與測(cè)量時(shí)使用的光波的波長(zhǎng)有關(guān)。阿貝折射儀因此有光補(bǔ)償裝置（阿米西棱鏡組），所以測(cè)量時(shí)可用白光光源，且測(cè)量結(jié)果相當(dāng)于對(duì)鈉黃光（589.3nm）的折射率（即nD）。另外，液體的折射率還與溫度有關(guān)，因此若儀器接上恒溫器，則可測(cè)定溫度為0-50內(nèi)的折射率即nD。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 測(cè)定液體的折射率1. 用脫脂棉沾酒精將進(jìn)光棱鏡和折射棱鏡擦拭干凈，干燥后使用。避免因殘留有其他物質(zhì)，而影響測(cè)量結(jié)果。2. 用滴管將少許待測(cè)液滴在折射棱鏡的表面上，并將進(jìn)光棱鏡蓋上，旋緊棱鏡鎖緊手輪10鎖緊，待測(cè)液在中間形成一層均勻無(wú)氣泡的液膜。3. 打開(kāi)進(jìn)光棱鏡上的遮光板，關(guān)閉折射棱鏡上遮光板用透射光測(cè)量

9、，旋轉(zhuǎn)折射率刻度調(diào)節(jié)手輪15找到明暗分界線使之大致對(duì)準(zhǔn)十字叉絲的交點(diǎn)。然后旋轉(zhuǎn)阿米西棱鏡手輪6，消除視場(chǎng)中出現(xiàn)的色彩，使視場(chǎng)中只有黑白分界線。4. 再次微調(diào)手輪15，使明暗分界線正對(duì)十字線中心。此時(shí)，目鏡視場(chǎng)中折射率刻度示值即為被測(cè)液體的折射率。讀取數(shù)據(jù)時(shí)首先沿正方向旋轉(zhuǎn)棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（如向前），調(diào)節(jié)到位后，記錄一個(gè)數(shù)據(jù)。然后繼續(xù)沿正方向旋轉(zhuǎn)一小段后，再沿反方向（向后）旋轉(zhuǎn)棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，調(diào)節(jié)到位后，又記錄一個(gè)數(shù)據(jù)。取兩個(gè)數(shù)據(jù)的平均值為一次測(cè)量值。5. 分別測(cè)定蒸餾水、無(wú)水乙醇和糖溶液的折射率各6次。關(guān)閉進(jìn)光棱鏡遮光板，打開(kāi)折射棱鏡遮光板用反射光法測(cè)量三種溶液折射率各6次。測(cè)量糖溶液時(shí)，還要同時(shí)測(cè)

10、出其錘度。6. 對(duì)透射光法和反射光法測(cè)定兩組數(shù)據(jù)各求平均值和不確定度。數(shù)據(jù)記錄及處理水的折射率, 酒精的折射率=1.3390水順時(shí)針逆時(shí)針酒精順時(shí)針逆時(shí)針41.741.841.241.141.441.541.841.541.541.141.141.641.541.941.741.441.041.041.141.4各平均值41.4241.46各平均值41.3841.4平均值41.44平均值41.39水 平均色散的計(jì)算公式為 查表知A= 0. B=0. =0.52608=0.04251平均色散的計(jì)算公式為 查表知A=0. B=0. = 0.45361 =0.03973注意事項(xiàng)1. 使用儀器前應(yīng)先檢查進(jìn)光棱鏡的磨砂面、折射棱鏡及標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊的光學(xué)面是否干凈，如有污跡用酒精棉擦拭干凈。2. 用標(biāo)準(zhǔn)塊校準(zhǔn)儀器讀數(shù)時(shí)，所用折射率液不宜太多，使折射率液均勻布滿接觸面即可。過(guò)多的折射率液易堆積于標(biāo)準(zhǔn)塊的棱尖處，既影響明暗分界線的清晰度，又容易造成標(biāo)準(zhǔn)塊從折射棱鏡上掉落而損壞。3. 在加入的折射率液或待測(cè)液中，應(yīng)防止留有氣泡，以免影響測(cè)量結(jié)果。4. 讀取數(shù)據(jù)時(shí)，首先沿正方向旋轉(zhuǎn)棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)手輪