实验九 用掠射法测定透明介质的折射率
目的
１．掌握用掠射法测定液体的折射率。
２．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其利用方式。
实验内容
练习一 用掠入射法测定液体折射率
仪器和用具：
分光仪，三棱镜（两块），单色光源（钠灯），等待测液体（水、酒精），读数小灯，毛玻璃。
原理
将折射率为n的待测物质放在已知折射率为n1的直角棱镜的折射面AB上，且（n＜n1）。若以单色的扩展光源照射分界面AB，则从图4－1能够看出：入射角为π/2的光线Ⅰ将掠射到AB界面而折射进入三棱镜内，显然，其折射角ic应为临界角。因此，应知足关系
sinic?
nn1 （4－1）
当光线Ⅰ射到AC面，再经折射而进入空气时，设在AC面上的入射角为?，折射角为?，则有
sin??n1sin? （4－2）
除入射光线Ⅰ外，其他光线如光线Ⅱ在AB面上的入射角均小于π/2，因此，经三棱镜
＇折射最后进入空气时，都在光线Ⅰ的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时，在视场中
＇将看到以光线Ⅰ为分界限的明暗半荫视场，如图4－1所示。
由图4－2能够看出，当三棱镜的棱镜角A大于角ic时，A、ic和角φ有如下关系
A?ic?? （4－3）
将（4－1），（4－2）和（4－3）消去ic和φ后可得：
n?sinAn12?sin2??cosA?sin? （4－4）
若棱镜角A等于90度，则上式简化为：
22n?n?sin? （4－5） 1
因此，当直角棱镜的折射率n1为已知时，测出?角后即可计算出待物质的折射率n。上述测定折射率的方式称为掠入射法，是应用全反射原理。（问：若是A （4－4）将有何转变？观察的现象有何转变？） 测量 （１）按实验三有关内容将分光仪调节好，即应用自准直法将望远镜对无穷远调焦，并使其光轴垂直于仪器的转轴；调节棱镜的主截面也和仪器的转轴垂直。 （２）按图4－3所示，将待测液体滴一、二滴在直角棱镜的AB面上，用90度角作为 ＇＇＇＇＇棱镜顶角A，并用另一辅助棱镜（ABC）的一个表面AB与AB面相合，使液体在两棱镜接触面间形成一均匀液层，然后置于分光仪载物台上，（注意棱镜的放置方式）。（问:可否不用辅助棱镜？） 1直角棱镜 2辅助棱镜 3钠灯 4毛玻璃屏 5待测液体薄膜 6用望远镜观察到的半荫视场 （３）点亮钠灯照亮毛玻璃屏4，将它放在折射棱B的周围，先用眼睛在出射光的方向观察半荫视场。旋转载物台，改变光源和棱镜的相对方位，使半荫视场的分界限位于载物台近中心处，将载物台固定。转动望远镜，使望远镜叉丝对准分界限，记下两游标读数（V1，V2），重复测量几回，别离取平均值。 （４）再次转动望远镜，利用自准直的调节方式，测出AC面的法线方向（即便望远镜的光轴垂直于AC面），记下两游标读数（V1’,V2’）。重复测量几回，取其平均值。由此可得 ?＝1/2[(V1’－V1)＋（V2’－V2）] （５）将?值代入（4－5）式，即得 n?n12?sin2? 若是棱镜角A不等于90度，则将?值代入（4－4）式计算出n。 （６）依一样方式，重复以上步骤，测定另一种液体的折射率。 注意事项： （１）注意观观察到的现象是不是准确？（如何判断?） ＇＇＇（２）辅助棱镜ABC的作用是让较多的光线能投射出到液层和折射棱镜的面AB上，使观察到的分界限更为清楚。两棱镜之间的液层必然要均匀，不能有气泡。滴入液体不宜过量，避免大量液体渗漏在仪器上。 （３）改换另一种被测液体时，必需将棱镜擦拭干净。 练习二 用阿贝折射计测定透明介质的折射率 原理和仪器描述 阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常常利用仪器。测量范围为～，能够直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为。还可测量出不同温度时的折射率。测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高。 阿贝折射仪也是按照全反射原理设计的。它有两种工作方式，即透射式和反射式。阿贝 ＇＇＇折射仪中的折射棱镜ABC和照明棱镜ABC都是直角棱镜，由重火石玻璃制成。照明棱 ＇＇镜的AB面通过磨砂，使透射式测量作漫射光源用。折射棱镜的BC面也通过磨砂，供反射式测量作漫反射光源用。 透射式测量光路如图4－4（a）所示。将折射率为n的待测物质放在折射率为n1的直角棱镜的斜面上，其棱角为A，并用光源S照明。若是介质的折射率n＜n1，这时与图4—1相同，经棱镜ABC两次折射后，由AC面射出的光束，在望远镜视场中将观察到半荫视场，明暗分界限就对应于拂面入射光束，测出AC面上相应的临界出射角?，即可应用（4－4）式计算出n。 应用阿贝折射仪测定固体折射率时不用照明棱镜。对于加工有两个抛光面的固体样品，则光路可采用如图4－4（b）所示的透射式测量，对于加工只有一个抛光面的固体样品。则可采用图4－4（c）所示的反射式测量。 用光源S（一般为自然光）照亮折射棱镜上的磨砂面BC，使之成为一个扩展的平面光源，从面上各点发出的光线I、Ⅱ射抵AB面上的E点时，入射角均不相同。其中入射角大 ＇于临界角iC的，都发生在全反射后再由AC面射出，一样，在望远镜对准Ⅰ观察时，亦可看到半荫视场，只是明暗散布恰与透射光的视场散布相反，其临界出射角?为最大，而且视场中明暗的对比也不如透射光明显，这是由于照射在AB面上那些小于临界角的光线，也会在AB面上产生部份的反射。测出AC面上的临界出射角?，仍4－4式，计算待测固体的折射率。 测按时，将待测样品的抛光面与折射棱镜AB面紧密的叠合在一路，中间添加一层接触液，形成均匀的液膜，其折射率应大于样品的折射率（例如??溴代萘，nD=），当折射率大于时。可用二碘甲烷（nD=）进行测量，能够证明接触液的加入，并非影响计算公式4－4的适用性。 阿贝折射仪的光学系统由两部份组成：望远系统与读数系统如图4－5所示。
实验九用掠射法测定透明介质折射率
