1、 材料物理性能课程实验报告 专业班级： 材料物理 08 级 1 班 姓 名： 林作亮 学 号 ： 08470101 指导教师： 王 念 【实验目的】 1. 掌握用掠入射法测定物质的折射率； 2. 学会阿贝折射仪的调整和使用方法； 3. 测定酒精的折射率； 【实验原理】 当光从一种媒质进入到另一种媒质时，在两种媒质的分界面上，会发生反射和折射现象，如图 11 4所示。在折射现象中有： 显然，若 ，则 。其中绝对折射率较大的媒质称为光密媒质，较小的称为 光疏媒质。当光线从光密媒质 进入光疏媒质 时，折射角 恒大于入射角，且 随 的增大而增大，当入射角 增大到某一数值 而使 时，则发生全反射现象。入
2、射角 称为临界角。 图 11 4 光在两种媒质界面上 的反射和折射现象 图 11 5 阿贝折射仪原理图 阿贝折射仪就是根据全反射原理而制成的。其主要部分是由一直角进光棱镜ABC和另一直角折光棱镜 DEF组成，在两棱镜间放入待测液体，如图 11 5a所示 。进光棱镜的一个表面 AB为磨砂面，从反光镜 M射入进光棱镜的光照亮了整个磨砂面，由于磨砂面的漫反射，使液层内有各种不同方向的入射光。 假设入射光为单色光，图中入射光线 AO（入射点 O实际是在靠近 E点处）的入射角为最大，由于液层很薄，这个最大入射角非常接近直角。设待测液体的折射率小于折光棱镜的折射率 ，则在待测液体与折光棱镜界面上入射光线
3、AO和法线的夹角近似 ，而折射光线 OR和法线的夹角为 ，由光路的可逆性可知，此折射角即为临界角。 根据折射定律： ，即 （ 11 1） 可见临界角 的大小取决于待测液体的折射率 及折光棱镜的折射率 。 当 OR光线射出折射棱镜进入空气（其折射率 ）时，又要发生一次折射，设此时的入射角为 ，折射角为 （或称出射角），则根据折射定律得 （ 11 2） 根据三角形的外角等于不相邻两内角之和的几何原理，由 ORE，得 （ 11 3） 将式 11 1、 11 2、 11 3联立，解得 （ 11 4） 式中棱镜的棱角 和折射率 均为定值，因此用阿贝折射仪测出 角后，就可算出液体的折射率 。 在所有入射到
4、折射棱镜 DE面的入射光线中，光线 AO的入射角等于 已经达到了最大的极限值，因此其出射角 也是出射光线的极限值，凡入射光线的入射角小于 ，在折射棱镜中的折射角必小于 ，从而其出射角也必小于 。由此可见，以 RT为分界线，在 RT的右侧可以有出射光线，在 RT的左侧不可能有出射光线，见图 11 5a。必须指出图 11 5a所示的只是棱镜的一个纵截面，若考虑折射棱镜整体，光线在整个折射棱镜中传播的情况，就会出现如图 11 5b所示的明暗分界面RRTT。在 RRTT面的右侧有光，在 RRTT面的左侧无光，这分界面与棱镜顶面的法线成 角，当转动棱镜 角后，使明暗分界面通过望远镜中十字线的交点，这时从
5、望远镜中可看到半明半暗的视场，如图 11 5c所示。因在阿贝折射仪中直接刻出了与 角所对应的折射率，所以使用时可从仪器上直接读数而无需计算，阿贝折射仪对折射率的测量范围是 1.3000至 1.7000。 【实验仪器】 阿贝折射仪、待测酒 精、蒸馏水、滴管 (若干 )。 【实验步骤】 一、校准仪器 （一）用蒸馏水校准 1将棱镜锁紧板手松开，将棱镜擦干净（注意：用无水酒精或其他易挥发溶剂，用镜头纸擦干）。 2用滴管将 2 3滴蒸馏水滴入两棱镜中间，合上并锁紧。 3调节棱镜转动手轮 2，使折射率读数恰为 1.3330。 4从测量镜筒中观察黑白分界线是否与叉丝交点重合。若不重合，则调节刻度调节螺丝，使
6、叉丝交点准确地和分界线重合。若视场出现色散，可调节阿米西棱镜手轮至色散消失。 二、测定 酒精 的折射率 1将进光棱镜和折光棱镜擦干净。 2滴 2 3滴待 测液体在进光棱镜的磨砂面上，并锁紧。（若溶液易挥发，须在棱镜组侧面的一个小孔内加以补充）。 3旋转手轮 2，在测量镜筒中将观察到黑白分界线在上下移动（若有彩色，则转动手轮 10消除色散，使分界线黑白分明），至视场中黑白分界线与叉丝交点重合为止。 4在读数镜筒中，读出分划板中横线在右边刻度所指示的数据，即为待测液体的折射率 ,并记录。 5重复测量三次，求折射率的平均值 【数据处理】 项目 数据 次数 平均值 绝对误差 平均绝对误差 测量结果 1 2 3 【误差分析 】 1 能否用阿贝折射仪来测折射率大于折光棱镜折射率的液体？为什么？ 答： 不能，因为阿贝折射仪是根据临界角设计的。倘若你改变折射率的条件，即把棱镜看作光疏介质，则不能形成明区和暗区，你只能看到明区 2为什么 实验测得的折射率和实际的折射率 不一样 ？ 答：因为数据读取存在读取误差，数据处理的时候也存在绝对误差和相对误差。
