阿貝折射儀測溶液折射率實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 西安理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績課程名稱： 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日報(bào)告退發(fā)： （訂正、重做）教師審批簽字：專業(yè)班號： 應(yīng)物091 組別： 2 姓名： 趙汝雙 學(xué)號： 實(shí)驗(yàn)名稱： 阿貝折射儀測介質(zhì)折射率折射率是透明材料的一個重要光學(xué)常數(shù)。測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量精度高、被測折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的標(biāo)準(zhǔn)試件而能直接測出被測材料的折射率等優(yōu)點(diǎn)。但是，被測材料要制成棱鏡，而且對棱鏡的技術(shù)條件要求高，不便快速測量。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

2、射法屬于比較測量，故其測量準(zhǔn)確度不高（大約n=3 10-4），被測材料的折射率的大小受到限制（約為1.31.7），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。阿貝折射儀就是根據(jù)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)及學(xué)校的常用儀器。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深對全反射原理的理解，掌握應(yīng)用方法。2. 了解阿貝折射儀的結(jié)構(gòu)和測量原理，熟悉其使用方法。3. 測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、待測液（蒸餾水，無水乙醇）、滴管 、脫

3、脂棉實(shí)驗(yàn)原理一、儀器描述 阿貝折射儀是測量物質(zhì)折射率的專用儀器，它能快速而準(zhǔn)確地測出透明、半透明液體或固體材料的折射率（測量范圍一般為1.4-1.7)，它還可以與恒溫、測溫裝置連用，測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，被測液體就放在此空隙內(nèi)。當(dāng)光線（太陽光或日光燈）射入進(jìn)光棱鏡1時便在磨砂面上產(chǎn)生漫反射，使被測液層內(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等色散阿米西棱鏡組成，其作

4、用是可獲得一可變色散來抵消由于折射棱鏡對不同被測物體所產(chǎn)生的色散。再由望遠(yuǎn)鏡5將此明暗分界線成像于分劃板 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（刻度板與擺動反射鏡3連成一體同時繞刻度中心作回轉(zhuǎn)運(yùn)動）。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(見圖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12.聚光鏡圖 2 讀數(shù)鏡視場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）測定液體的折射率若待測物為透明液體，一般用透射光即掠入射方法來測量其折射率nx。阿貝折射儀中的阿貝棱鏡組由兩個直角角棱鏡(折射串率為n)組成，一個是進(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。另一個是折射棱鏡。待測液體(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。，這種方向的入射稱為掠入射。對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，只要測出出射角即可求出待測液體的折射率。若,這時出射光線與頂角A在AC面法線的同側(cè)，上式變?yōu)榘⒇愓凵鋬x是如何測量與光線“1”相對應(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方向射向AB面時，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。而“1”的另一測因無光線而形成暗場。顯然，明暗視場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)出了與角對應(yīng)的折射率值，測量時只要使明暗分界線與望遠(yuǎn)鏡叉絲交點(diǎn)對準(zhǔn)，就可從視場中折射率刻度讀出n

8、x值。任何物質(zhì)的折射率都與測量時使用的光波的波長有關(guān)。阿貝折射儀因此有光補(bǔ)償裝置（阿米西棱鏡組），所以測量時可用白光光源，且測量結(jié)果相當(dāng)于對鈉黃光（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)，而影響測量結(jié)果。2. 用滴管將少許待測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，待測液在中間形成一層均勻無氣泡的液膜。3. 打開進(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，消除視場中出現(xiàn)的色彩，使視場中只有黑白分界線。4. 再次微調(diào)手輪15，使明暗分界線正對十字線中心。此時，目鏡視場中折射率刻度示值即為被測液體的折射率。讀取數(shù)據(jù)時首先沿正方向旋轉(zhuǎn)棱鏡轉(zhuǎn)動手輪（如向前），調(diào)節(jié)到位后，記錄一個數(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)動手輪，調(diào)節(jié)到位后，又記錄一個數(shù)據(jù)。取兩個數(shù)據(jù)的平均值為一次測量值。5. 分別測定蒸餾水、無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，打開折射棱鏡遮光板用反射光法測量三種溶液折射率各6次。測量糖溶液時，還要同時測

10、出其錘度。6. 對透射光法和反射光法測定兩組數(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水順時針逆時針酒精順時針逆時針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，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液中，應(yīng)防止留有氣泡，以免影響測量結(jié)果。4. 讀取數(shù)據(jù)時，首先沿正方向旋轉(zhuǎn)棱鏡轉(zhuǎn)動手輪