计量标准技术报告
计量标准名称 阿贝折射仪检定装置
计量标准负责人
建标单位名称(公章)
填 写 日 期 20##-06-19
目 录
一、建立计量标准的目的……………………………………………………………( )
二、计量标准的工作原理及其组成…………………………………………………( )
三、计量标准器及主要配套设备……………………………………………………( )
四、计量标准的主要技术指标………………………………………………………( )
五、环境条件…………………………………………………………………………( )
六、计量标准的量值溯源和传递框图………………………………………………( )
七、计量标准的重复性试验…………………………………………………………( )
八、计量标准的稳定性考核…………………………………………………………( )
九、检定或校准结果的测量不确定度评定…………………………………………( )
十、检定或校准结果的验证…………………………………………………………( )
十一、结论……………………………………………………………………………( )
十一、附加说明………………………………………………………………………( )
一、 实验目的
4.4 阿贝折射仪
生医 6 徐亮
2006013149
组号:1
20## 年 01 月 03 日
(1) 加深理解全反射原理及其应用;
(2) 练习利用仪器说明书完成测量任务;
(3) 通过测量几种液体的折射率和平均色散,学会阿贝折射仪的 使用。
二、 实验原理
(1) 阿贝折射仪的光学系统 阿贝折射仪由望远系统和读数系统组成,如图1所示。
待 测 液 体 放 置 在 进 光 棱 镜 9 8 7
和折射棱镜之间,形成液层。 10 6
11 5
阿贝折射仪采用白光照明, 12 4
光经反射后进入进光棱镜, 13
3
经 磨 砂 面 漫 反 射 后 以 各 种
? 2
方向进入折射棱镜。阿米西 14
1
棱 镜 起 抵 消 待 测 物 体 和 折
射棱镜产生的色散的作用。
读数系统由小反射镜、毛玻 璃、刻度盘等组成。
图1 阿贝折射仪的光学系统
1-反射镜;2-进光棱镜;3-折射棱镜;
4-阿米西棱镜;5-望远镜物镜;6-望 远镜分划板;7-望远镜目镜;8-读数 镜目镜;9-读数镜分划板;10-读数镜 物镜;11-转向棱镜;12-刻度盘;13-
毛玻璃;14-小反射镜;E-待测样品
[1]
(2) 利用全反射测量折射率的原理
设待测液体的折射率为?,折射棱镜的折射率为?1 ,如 图2所示。若?1 > ?,根据折射定律,沿??掠入射的光线经
?? 面折射后以全反
射临界角? 进入折射 棱镜,然后以折射角? 从?? 面出射至空气。
2
?
? ?1
?′ ?
?
?
?
′
?
1′′
以此光线为界,所有
入射角小于 90°的入
1
?
2′
图2 全反射原理图
射光线经??面折射后的折射角都小于临界角,且均在这条
光线下方,而且没有“入射角”大于90°的入射光线进入折 射棱镜。因此,用阿贝折射仪的望远镜对准出射光线观察时, 就会看到明暗分明的视场,其分界线对应于以?角出射的光
线方向。不同的折射率的物体有不同的临界角,因而出射角
也不同。 由折射定律
? = ?1 sin ?
?1 sin ? = sin ?
则
?1 cos ? = ?2 ? sin2 ?[2]
考虑到? = ? ? ?a,则
? = ?1 sin ? ? ?
= ?1 sin ? cos ? ? cos ? sin ?
= sin ? ?2 ? sin2 ? ? cos ? sin ? b若?和?1 已知,则测出?角就可以计算?的值。阿贝折射 仪的刻度盘上直接刻有与?角对应的?值,不必计算。只要用 标准块校准刻度盘的读数后,可直接从刻度盘上读出?的值。
由于阿米西棱镜是按让?谱线直通的条件设计的,故用阿贝 折射仪测得的折射率是待测物体对?谱线(589.3??)的折 射率?? 。
测量物质的平均色散时,还需从阿贝折射仪的色散值刻
度圈读出刻度值?,?值与视场消色时阿米西棱镜的转角有 关。根据?? 值查出?和?的值,根据?值查出?值后,用下式 计算平均色散
?? ? ?? = ? + ??
测量透明固体的折射率和平均色散时,先将固体制成具 有两个互成90°的抛光面试件,并用折射率液将此试件粘着 在折射棱镜的??面上,此时不用透光棱镜。
测量糖溶液浓度时,只需从右侧标尺直接读出百分浓度
即可。
a&b 当对应于明暗分界线的光线出现在折射棱镜??面法线右侧时(对应图2的光线1′′ ),? = ? + ?,且cos ?
前的减号应变为加号。
[3]
三、 实验仪器
阿贝折射仪、待测液体
四、 实验步骤
(1) 用标准块校准刻度盘读数
将标准块(?? 已知)的抛光面加一滴接触液(溴代萘), 贴在折射棱镜的弦面上。让标准块的另一抛光面接收入射光
线。调节阿米西棱镜组,使视场中除黑白二色外无其它颜色。
当读数镜读数为标准块折射率?? 时,观察望远镜明暗分界 线是否在十字叉丝中心,如果不是,转动示值调节螺钉使明 暗分界线调至中央。
(2) 测定蒸馏水和酒精的折射率和平均色散 测量前,先用无水酒精清洁进光棱镜和折射棱镜的弦面,
以免残留其它物质影响测量精度。用滴管把待测液体滴一滴 在进光棱镜的磨砂面上,锁紧棱镜组后,要求液膜均匀,无 气泡且充满整个视场。
测量时,调节反光镜,使望远镜内视场明亮。旋转棱镜 及刻度盘转动手轮,使棱镜组转动,这时在望远镜视场中可 察到明暗分界线随之移动,旋转阿米西棱镜手轮,使视场中 除黑白二色外无其它颜色。
将明暗分界线对准十字叉丝中点,即可读出相应的折射 率值?? 。
[4]
再从阿贝折射仪的色散值刻度圈读出刻度值?,根据?
值查出?值。并根据?? 值查出?和?的值。如果对应值在表上 没有列出,则用线性内插法求出。
(3) 测定糖溶液的折射率和浓度 用同样的方法测出糖溶液的折射率,从右侧标尺直接读
出糖溶液的百分浓度。
注意事项
(1) 每次更换待测液体,都必须先清洁棱镜表面,待无水酒精蒸 发干后再添加待测液体
(2) 避免滴管碰到棱镜,防止磨损棱镜。
(3) 接触液不需太多,以免棱镜滑落损坏。
(4) 测量酒精等易挥发液体的折射率时,在测定过程中需用滴管 在棱镜组侧面的小孔内加以补充。
[5]
五、 数据记录
(1) 测定蒸馏水和酒精的折射率和平均色散 标准块?? = 1.51637从阿贝折射仪的色散值刻度圈读出刻度值?
?蒸馏水 = 43.9 ?酒精 = 43.9
(2) 测定糖溶液的折射率和浓度
1?? = 6 ??? = 1.3419
?? = 8.2 × 10?5 Δ仪 = 0.0005
2 2 ?5 2
?4 2 ?4
∴ Δ? ? = ?? + Δ仪 = 8.2 × 10
+ 5 × 10
= 5 × 10
?? = ?. ???? ± ?. ????
1
? =
6
?? = 6.08%
?? = 0.052 Δ仪 = 0.25
2 2
∴ Δ? = ?? + Δ仪 = 0.052 2 + 0.25 2 = 0.28
? = ?. ?? ± ?. ?? %
[6]
六、 数据处理
(1) 蒸馏水的折射率
1?? = 6 ??? = 1.3336
?4
?? ? = 2.3 × 10
Δ仪 = 0.0005
2 2 2 2
Δ? ? = ?? ? + Δ仪 = 0.00023
+ 0.0005
= 0.0006
根据?? 和?查出
?? = ?. ???? ± ?. ????
? = 0.02350 , ? = 0.02676 , ? = ?0.665
∴ ?? ? ?? = ? + ?? = 0.02350 + 0.02676 × ?0.665
= ?. ? × ????
(2) 酒精的折射率
1?? = 6 ??? = 1.3643
?4
?? ? = 1.9 × 10
Δ仪 = 0.0005
2 2 2 2
Δ? ? = ?? ? + Δ仪 = 0.00019
+ 0.0005
= 0.0005
根据?? 和?查出
?? = ?. ???? ± ?. ????
? = 0.02341 , ? = 0.02611 , ? = ?0.665
∴ ?? ? ?? = ? + ?? = 0.02341 + 0.02611 × ?0.665
= ?. ? × ????
[7]
七、 问题讨论
(1) 阿贝折射仪使用什么光源?所测得的折射率是对哪条谱线 的折射率?为什么?
答:阿贝折射仪使用白光光源,可以用自然光,也可以用白炽灯 光。所测得的折射率是待测物体对?谱线(589.3??)的折
射率?? 。因为阿米西棱镜是按照让?谱线直通(偏向角为零)
设计的,阿米西棱镜能抵消?谱线由于待测物体和折射棱镜 产生的色散,其余谱线经过阿米西棱镜后,由于色散,不能 直通,不能进入望远系统目镜。
(2) 折射率液起什么作用?对其折射率有何要求?为什么? 答:折射率液的作用是使待测样品与折射棱镜表面形成良好的
光学接触,没有空隙,且有一定粘性。若设折射率液的折射
率为?2 ,待测试件折射率为?? 的话,则要求?2 > ?? 。否则 由折射定律,掠入射到待测试件光学表面的光线将无法折射 进入折射率液,更无法进入折射棱镜进而到达望远系统目镜 了,这样便无法测量待测试件的折射率了。
(3) 在什么条件下对应于
明暗分界线的光线与
?? 面法线重合?在 什么条件下在 ?? 面 法线的右方?
?
? ?1
?′ ?
?
?
?
1′
?
?
1′′
1′′′
答:根据图3,取如光线1′ 图3 折射光线与?? 面法线的各种关
[8]
所对应的?角为正值,由几何关系,有
? = ? + ? ? ? = ? ? ?
以? = ?为分界,此时对应明暗分界线的光线恰好与??
面 法 线 重合 (即光线 1′′′ ), 此时 ? = sin ? = sin ? 。 当? 1
? 1
线1′′ )。
(4) 这次实验的一些感受 这次实验的主要挑战来自于依靠说明书学习和使用新
仪器完成实验任务。由于以前没有接触过阿贝折射仪,在预 习的过程中比较难预想到实验中可能出现的问题。但通过网 络等方式,我找到了一些补充资料,也查到了阿贝折射仪的 图片,对实验有了一个整体的把握,实验过程中还比较顺利。 从仪器设计的角度考虑,总是让使用者读数越简单越好。
而且阿贝折射仪的功能非常专一,所以读数很容易,只要找 到明暗分界线,便能直接读得结果。但了解仪器的原理可以 使具体操作变得更理性,特别是在遇到问题(比如找不到明 暗分界线等等)的时候能有办法解决问题。
另外,仪器的保养非常重要,这次实验之前,可能由于 前一组没有将仪器清洗干净,阿贝折射仪的进光棱镜和折射 棱镜粘到一起了,很难分开。这样很容易损坏仪器,也对后 续测量带来一些麻烦。所以养成良好的实验习惯,实验后复 原仪器,无论对仪器保养还是对后续的实验者都是很重要的。
[9]
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