實(shí)驗(yàn)四旋光性測溶液濃度

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院一、開篇設(shè)問一、開篇設(shè)問1 1、什么是偏振光？、什么是偏振光？2 2、什么是旋光現(xiàn)象？、什么是旋光現(xiàn)象？3 3、如何觀測和檢測旋光？、如何觀測和檢測旋光？4 4、旋光效應(yīng)有何應(yīng)用？、旋光效應(yīng)有何應(yīng)用？大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院偏振電磁波、聲波是橫波，它們的（電、磁、機(jī)械）電磁波、聲波是橫波，它們的（電、磁、機(jī)械）振動方向與傳播方向垂直，光波是一種電磁波，振動方向與傳播方向垂直，光波是一種電磁波，也是也是橫波橫波。單一的橫波其振動有一個明確的方

2、向，這種現(xiàn)象稱為單一的橫波其振動有一個明確的方向，這種現(xiàn)象稱為偏振偏振，這個方向稱為，這個方向稱為偏振方向偏振方向。傳播方向傳播方向振動方向振動方向大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院自然光一束自然光是由多個獨(dú)立的光波構(gòu)成，它們的振一束自然光是由多個獨(dú)立的光波構(gòu)成，它們的振動方向各不相同動方向各不相同傳播傳播方向方向自然自然光光振動振動方向方向大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院偏振光在一束自然光的傳播路徑上加上起偏器后，只有那在一束自然光的傳播路徑上加上起偏器后，只有那些振動方向與起偏方向相同的光能很好地通過。通些振動方向與起偏方向相同的光能很

3、好地通過。通過起偏器后的光過起偏器后的光有有單一的振動方向，稱為單一的振動方向，稱為偏振光偏振光。傳播方傳播方向向自然光自然光振動振動方向方向振動方振動方向向偏振光偏振光起偏器起偏器大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院二、背景介紹二、背景介紹 1911年，法國物理學(xué)家阿喇果（年，法國物理學(xué)家阿喇果（D. F. J Arago）發(fā)現(xiàn)，）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)偏振光通過石英晶體時，它的振動面會繞光的傳播方當(dāng)偏振光通過石英晶體時，它的振動面會繞光的傳播方向轉(zhuǎn)過一定的角度。隨后（向轉(zhuǎn)過一定的角度。隨后（1815年），法國物理學(xué)家畢年），法國物理學(xué)家畢奧（奧（Jean-Baptiste Bio

4、t ）在酒石酸中發(fā)現(xiàn)相同的現(xiàn)象，）在酒石酸中發(fā)現(xiàn)相同的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫旋光效應(yīng)。這種現(xiàn)象叫旋光效應(yīng)。 旋光效應(yīng)引起人們極大興趣，近旋光效應(yīng)引起人們極大興趣，近200年來，圍繞產(chǎn)生年來，圍繞產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的原因、機(jī)理，科學(xué)家們的探索，有力地推動旋光現(xiàn)象的原因、機(jī)理，科學(xué)家們的探索，有力地推動了對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，與此同時，旋了對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，與此同時，旋光現(xiàn)象也在化學(xué)、化工、物理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有了大量應(yīng)光現(xiàn)象也在化學(xué)、化工、物理、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有了大量應(yīng)用。用。 本實(shí)驗(yàn)就是要應(yīng)用旋光效應(yīng)，測旋光物質(zhì)的濃度。本實(shí)驗(yàn)就是要應(yīng)用旋光效應(yīng)，測旋光物質(zhì)的濃度。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)

5、驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理偏振光通過旋光物質(zhì)后，偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏振光通過旋光物質(zhì)后，偏振面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)振動方向振動方向振動方向大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院振面旋轉(zhuǎn)的角度振面旋轉(zhuǎn)的角度與旋光性物質(zhì)的溫度與旋光性物質(zhì)的溫度t、濃度、濃度c，以及，以及光在該物質(zhì)中的行程光在該物質(zhì)中的行程有關(guān)有關(guān) 。振動方向振動方向振動方向振動方向振動方向振動方向 =c稱為旋光率，與稱為旋光率，與溫度有關(guān)溫度有關(guān)透明旋光物質(zhì)透明旋光物質(zhì)光在旋光物質(zhì)光在旋光物質(zhì)中的行程中的行程振動面旋轉(zhuǎn)振動面旋轉(zhuǎn)的角度的角度大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河

6、南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院 振面旋轉(zhuǎn)的角度振面旋轉(zhuǎn)的角度與旋光性物質(zhì)的溫度與旋光性物質(zhì)的溫度t、濃度、濃度c，以及光在該物質(zhì)中的行程以及光在該物質(zhì)中的行程有關(guān)有關(guān) 。 由由 =c 如果測出偏振光在濃度如果測出偏振光在濃度c已知的溶液行走已知的溶液行走 的距離偏的距離偏振方旋轉(zhuǎn)的角度振方旋轉(zhuǎn)的角度，就可以算出該種物質(zhì)的旋光率，就可以算出該種物質(zhì)的旋光率。 如果某種旋光物質(zhì)的旋光率如果某種旋光物質(zhì)的旋光率已知，測出偏振光在已知，測出偏振光在物質(zhì)中行走物質(zhì)中行走 的距離偏振方旋轉(zhuǎn)的角度的距離偏振方旋轉(zhuǎn)的角度，就可以算出該，就可以算出該種物質(zhì)的濃度種物質(zhì)的濃度c。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)

7、業(yè)大學(xué)理學(xué)院測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)準(zhǔn)直準(zhǔn)直旋光物質(zhì)旋光物質(zhì)起偏器檢偏器光源準(zhǔn)直系統(tǒng)旋光物質(zhì)偏振方向檢測旋轉(zhuǎn)角度讀出偏振方向檢測旋轉(zhuǎn)角度讀出系統(tǒng)準(zhǔn)直系統(tǒng)：準(zhǔn)直系統(tǒng)：將來自光源的發(fā)散光準(zhǔn)直為平行光，以保證將來自光源的發(fā)散光準(zhǔn)直為平行光，以保證 有足夠的光能有足夠的光能 和穩(wěn)定的光束通過后續(xù)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)參見和穩(wěn)定的光束通過后續(xù)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)參見平行光管實(shí)驗(yàn)平行光管實(shí)驗(yàn)起偏器：起偏器：將準(zhǔn)直的非偏振光變成偏振光將準(zhǔn)直的非偏振光變成偏振光 。 旋光物質(zhì)：旋光物質(zhì)：長度已知的透明旋光物質(zhì)樣本。長度已知的透明旋光物質(zhì)樣本。 檢偏器：檢偏器：其實(shí)是另一個檢偏器，當(dāng)偏振光的偏振方向與其起偏方向垂直時，完其實(shí)是另一個檢偏器，

8、當(dāng)偏振光的偏振方向與其起偏方向垂直時，完全沒有光通過，而平行時有最大的光能通過。因此旋轉(zhuǎn)檢偏器，從輸出光的亮全沒有光通過，而平行時有最大的光能通過。因此旋轉(zhuǎn)檢偏器，從輸出光的亮度的大小可判斷透過旋光物質(zhì)后，光的偏振方向。度的大小可判斷透過旋光物質(zhì)后，光的偏振方向。 偏振方向判斷與角度讀出系統(tǒng)：偏振方向判斷與角度讀出系統(tǒng)：考慮視覺特征，采用半蔭片技術(shù)檢測偏振方向，采用考慮視覺特征，采用半蔭片技術(shù)檢測偏振方向，采用游標(biāo)技術(shù)讀取十分之一度以下角度，采用對稱雙游標(biāo)，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差游標(biāo)技術(shù)讀取十分之一度以下角度，采用對稱雙游標(biāo)，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院

9、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院半蔭片技術(shù)半蔭片技術(shù)偏振方向判斷偏振方向判斷可以通過觀察輸出光亮度隨檢偏器旋轉(zhuǎn)是否達(dá)到最亮或最暗來實(shí)現(xiàn)，最亮?xí)r輸出光的偏振方向與檢偏器起騙方向相同，最暗時輸出光的偏振方向與檢偏器起偏方向垂直。但是人的視覺對最亮或最暗的判斷并不很準(zhǔn)確，但是人的視覺對最亮或最暗的判斷并不很準(zhǔn)確，間斷地通過最亮或最暗來判斷偏振方向有很大誤差。相比之下，人的視覺對明暗對比卻比較敏感。半蔭片技術(shù)就是利用人的這一視覺特點(diǎn)，半蔭片技術(shù)半蔭片技術(shù)就是利用人的這一視覺特點(diǎn)，將視場分成有明確界線的不同區(qū)域，通過光學(xué)技術(shù)將最亮或最暗的判斷轉(zhuǎn)化為在視場中是否存在分界線的判斷。最亮 偏振方向與檢偏器起偏方向平行最暗

10、偏振方向與檢偏器起偏方向垂直有明顯的分界線 偏振方向與起偏器起偏方向既不垂直，也不平行沒有分界線 偏振方向與起偏器起偏方向垂直，或平行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院半蔭片技術(shù)半蔭片技術(shù)由于視覺在暗視場中對明暗分界線最敏感，在視場有最小由于視覺在暗視場中對明暗分界線最敏感，在視場有最小亮度時觀察是否有分界線來判斷偏振方向成為首選亮度時觀察是否有分界線來判斷偏振方向成為首選。在亮視場中觀察在亮視場中觀察對不同亮度分界線對不同亮度分界線不敏感不敏感在暗視場中觀察在暗視場中觀察對不同亮度分界線對不同亮度分界線更敏感更敏感大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大

11、學(xué)理學(xué)院四、實(shí)驗(yàn)儀器四、實(shí)驗(yàn)儀器準(zhǔn)直準(zhǔn)直旋光物質(zhì)旋光物質(zhì)起偏器檢偏器光源準(zhǔn)直系統(tǒng)旋光物質(zhì)偏振方向檢測旋轉(zhuǎn)角度讀出偏振方向檢測旋轉(zhuǎn)角度讀出系統(tǒng)偏振方向判斷與角度讀出系統(tǒng)：偏振方向判斷與角度讀出系統(tǒng)：考慮視覺特征，采用半蔭片技術(shù)檢測偏振方向，采用游標(biāo)技術(shù)讀取十分之一度以下角度，采用對稱雙游標(biāo)，以消除角度讀數(shù)盤偏心誤差大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院1.1.光源光源 2.2.會聚透鏡會聚透鏡 3.3.濾光片濾光片 4.4.偏光片偏光片 5.5.中央石英片和兩旁玻璃補(bǔ)中央石英片和兩旁玻璃補(bǔ)償片償片6.6.測試管測試管 7.7.檢偏鏡檢偏鏡 8.8.望遠(yuǎn)鏡物鏡望遠(yuǎn)鏡物鏡 9.

12、9.刻度盤刻度盤 10.10.望遠(yuǎn)鏡目鏡望遠(yuǎn)鏡目鏡 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院有游標(biāo)的刻有游標(biāo)的刻度盤度盤測試管測試管望遠(yuǎn)鏡目鏡望遠(yuǎn)鏡目鏡 刻度盤轉(zhuǎn)動手輪刻度盤轉(zhuǎn)動手輪大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、利用濃度已知的糖溶液，測糖的旋光率、利用濃度已知的糖溶液，測糖的旋光率。2、利用糖的濃度與偏振光旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系，測糖的濃度、利用糖的濃度與偏振光旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系，測糖的濃度c 。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院操作步驟1 1、旋光儀接、旋光儀接220v220v交流電源，開啟后預(yù)熱交流

13、電源，開啟后預(yù)熱5 5分鐘，待納光燈正常發(fā)分鐘，待納光燈正常發(fā)光。光。2 2、校驗(yàn)零點(diǎn)位置。在沒有放測試標(biāo)本試管時，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦、校驗(yàn)零點(diǎn)位置。在沒有放測試標(biāo)本試管時，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪，使三分視場清晰。調(diào)節(jié)刻度盤轉(zhuǎn)動手輪，使視場亮度一致手輪，使三分視場清晰。調(diào)節(jié)刻度盤轉(zhuǎn)動手輪，使視場亮度一致（為全暗視場）。從刻度盤的兩個游標(biāo)上讀數(shù)，將讀數(shù)相加除以（為全暗視場）。從刻度盤的兩個游標(biāo)上讀數(shù)，將讀數(shù)相加除以2 2作為測量的結(jié)果。反復(fù)測量作為測量的結(jié)果。反復(fù)測量3 3次取平均質(zhì)，確定零位誤差數(shù)值，次取平均質(zhì)，確定零位誤差數(shù)值，對以后的測量值進(jìn)行校正。對以后的測量值進(jìn)行校正。3 3、放入濃度已知的糖溶液試管，測定糖的旋光率，反復(fù)測、放入濃度已知的糖溶