用阿贝折射仪测定物质的折射率

阿贝折射仪测定物质折射率

实验目的

1. 要了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉使用方法。

2. 掌握使用阿贝折射仪测定物质折射率的方法。

3. 用阿贝折射仪测量液体（不同温度下）的折射率和固体折射率。

实验仪器

阿贝折射仪、待测液体（若干）、葡萄糖溶液（若干不同浓度值）、无水酒精（若干）、蒸馏水（若干）、镜头纸、滴管（三支）。

实验原理：

     折射仪的基本原理即为折射定律：， n₁，n₂为交界面的两侧的两种介质的折射率（图一）。为入射角，为折射角。
   若光线从光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，改变入射角可以使折射角达到90°，此时的入射角称为临界角，本仪器测定折射率是基于测定临界角的原理。
   图二中当不同角度光线射入AB面时，其折射都大于i，如果用一望远镜对出射光线观察，可以看到望远镜视场被分为明暗两部分，二者之间有明显分界线。见图三所示，明暗分界处即为临界角的位置。

图一图二图三

图二中ABCD为一折射棱镜，其折射率为n₂。AB面上面是被测物体。（透明固体或液体）其折射率为n₁，由折射定律得：

（1）

（2）

则

代入（1）式得：（3）

由（2）式得：推出

代入（3）式得：

棱镜之折射角与折射率n₂均已知。当测的临界角i时，即可换算的被测物体之折射率n₁。

实验步骤

1. 在开始测定前，必须先用蒸馏水或用标准试样校对读数。

2. 每次测定工作之前及进行示值校准时必须将进光棱镜的毛面，折射棱镜的抛光面及标准试样的抛光面，用无水酒精与乙醚（1：1）的混合液和脱脂棉花轻擦干净，以免留有其他物质，影响成相清晰度和测量准确度。

3. 测定透明液体：

将被测液体用干净滴管加在折射棱镜表面，并将进光棱镜盖上，用手轮锁紧，要求液层均匀，充满视场，无气泡。打开遮光板，合上反射镜，调节目镜视度，使十字线成相清晰，此时旋转手轮并在目镜视场中找到明暗分界线的位置，再旋转手轮使分界线不带任何彩色，微调手轮，使分界线位于十字线的中心，再适当转动聚光镜，此时目镜视场下方显示的示值即为被测液体的折射率。

4. 测定透明固体：

被测物体上需有一个平整的抛光面。把进光棱镜打开，在折射棱镜的抛光面加1－2滴比被测物体折射率高的透明液体（如溴代萘），并将被测物体的抛光面擦干净放上去，使其接触良好，此时便可在目镜视场中寻找分界线，瞄准和读数的操作方法如前所述。

5. 若需测量在不同温度时的折射率，将温度计旋入温度计座中，接上恒温器的通水管，把恒温器的温度调节到所需测量温度，接通循环水，待温度稳定十分钟后，即可测量。

注意事项

(1)、测量工作开始前，要做好棱镜的清洁工作，以免在工作面上残留其它物质而影响测量精度。

(2)、必须对阿贝折射仪进行读数校正。通常最简便的方法是用蒸流水来校正，因为蒸流水在一定温度（）和一定光源（钠光5893 Å），它的折射率为定值，＝１.3330。因此，只要在棱镜上滴几滴蒸流水到进光棱镜上，调节并读取其折射率的值，如不相符，可微动仪器上的校正螺旋，使完全相同。这样，阿贝折射仪的读数就校正好了。

(3)、任何物质的折射率都与温度有关，本仪器在消除色散的情况下测得的折射率，其对应光波波长=5893 Å，如不需测量不同温度时的折射率，可在室温下进行。

思考问题

1. 阿贝折射仪测定折射率的理论依据是什么？如待测物质的折射率大于折射棱镜的折射率，能否用阿贝折射仪测定？为什么？试讨论本实验所能测定的折射率的范围。

2. 分析望远镜中观察到的明暗视场分界线是如何形成的。

3. 根据以上原理，写出用分光计测量液体折射率的实验步骤。

4. 若仪器未校准，它将主要影响测量的准确度还是精密度？

旋光仪效应

实验目的

1熟悉旋光仪的结构、原理和使用方法；

2测量旋光溶液的旋光率和百分浓度

实验仪器

旋光仪，盛液玻璃管，温度计，已知和未知浓度的葡萄糖溶液。

实验原理

旋光仪的工作原理是建立在偏振光的基础上，并用旋转偏振光偏振面的方法来达到测量目的。

在零度位置时，AA’垂直于中线OX。

上图中，AA’表示检偏镜振动方向，OP与OP’表示视场两半偏振光的振动方向。

当光束经过旋光物质后，偏振面被旋转了一个角度α，如上图虚线所示，这时，两半的偏振光在AA’上的投影不等，而是右半亮，左半暗，如把检偏镜偏振面AA’在相同方向转动α角，则可重新使视场照度相等。这时，检偏镜所转的角度，就是物质的旋光度。知道旋转角（旋光度）、溶柱（试管）长度和浓度，就可根据下式求出物质的比旋光度（旋光本领或旋光率）：

式中：Q：在温度t时用光测得的旋转角（旋光度）；

L：溶柱（试管）长度，用分米（dm）做单位；

C：浓度。即100ml溶液中溶质的克数。

由上式可知，旋转角Q与溶柱（试管）长度L及浓度C成正比。

即：

Q=[α]LC

旋光度和温度也有关系。对大多数的物质，用λ=589.44nm（钠光）测定，当温度升高1℃时，旋光度约减少0.3%。对于要求较高的测定工作，最好能在20℃±2℃的条件下进行。

实验步骤

1. 配置溶液，并加以稳定和沉淀。把预测溶液盛入试管待测。

2. 接通电源，约点燃10分钟，待完全发出钠黄光后，才可观察使用；检验度盘零度是否正确，如不正确，进行校正。

3. 打开镜盖，把试管放入镜筒中测定，并应把镜盖盖上和试管有圆泡一端朝上，以便把气泡存入，不致应影响观察和测定。

4. 调节视度螺旋至视场中三分视界清晰为止；转动度盘手轮，至视场照度相一致（暗视场）时止。

5. 从放大镜中读出度盘所旋转的角度，计算溶液的浓度。

6. 关闭电源，整理仪器。

注意事项

1．钠光灯管使用时间不宜超过4h，长时间使用应用电风扇或关熄10～15min，待冷却后再使用。灯管如遇有只发红光不发黄光时，往往是因输入电压过低（不到220V）所致，这时应设法升高电压到220V左右；

2．试管使用后，应及时用水或蒸馏水冲洗干净，揩干藏好；

3．镜片不能用不洁或硬质布、纸去揩，以免镜片表面产生道子等；

4．仪器不用时，应将仪器放入箱内或用塑料罩罩上，以防灰尘侵入；

5．仪器、钠光灯管、试管等装箱时，应按规定位置放置，以免压碎；

思考问题

1．根据测量结果，试问糖溶液是左旋还是右旋?

2．旋光仪的精度是多少?读数时为什么采用对顶读数法?

3．用玻璃管装溶液时应注意什么问题?

第二篇：阿贝折射仪测溶液折射率实验报告

xiaobiao 西安理工大学实验报告

课程名称： 普通物理实验

专业班号： 应物 091 组别： 2

姓名： 赵汝双 学号： 3090831033

实验名称：

阿贝折射仪测介质折射率

折射率是透明材料的一个重要光学常数。测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，最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试件而能直接测出被测材料的折射率等优点。但是，被测材料要制成棱镜，而且对棱镜的技术条件要求高，不便快速测量。全反射法具有测量方便快捷，对环境要求不高，不需要单色光源等特点。然而，因全反射法属于比较测量，故其测量准确度不高（大约Δn=3 ×10^-4），被测材料的折射率的大小受到限制（约为1.3～1.7），且对固体材料还需制成试件。尽管如此，在一些精度要求不高的测量中，全反射法仍被广泛使用。

阿贝折射仪就是根据全反射原理制成的一种专门用于测量透明或半透明液体和固体折射率及色散率的仪器，它还可用来测量糖溶液的含糖浓度。它是石油化工、光学仪器、食品工业等有关工厂、科研机构及学校的常用仪器。

实验目的

1. 加深对全反射原理的理解，掌握应用方法。

2. 了解阿贝折射仪的结构和测量原理，熟悉其使用方法。

3. 测水和酒精的折射率和平均色散

实验仪器

WAY阿贝折射仪、待测液（蒸馏水，无水乙醇）、滴管、脱脂棉

实验原理

一、仪器描述

阿贝折射仪是测量物质折射率的专用仪器，它能快速而准确地测出透明、半透明液体或固体材料的折射率（测量范围一般为1.4-1.7)，它还可以与恒温、测温装置连用，测定折射率与温度的变化关系。

阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，如图1所示。

望远系统。光线进入进光棱镜1与折射棱镜2之间有一微小均匀的间隙，被测液体就放在此空隙内。当光线（太阳光或日光灯）射入进光棱镜1时便在磨砂面上产生漫反射，使被测液层内有各种不同角度的入射光，经折射棱镜2产生一束折射角均大于出射角度i的光线。由摆动反射镜3将此束光线射入消色散棱镜组4，此消色散棱镜组是由一对等色散阿米西棱镜组成，其作用是可获得一可变色散来抵消由于折射棱镜对不同被测物体所产生的色散。再由望远镜5将此明暗分界线成像于分划板 7上，分划板上有十字分划线，通过目镜8能看到如图2上部分所示的象。

读数系统。光线经聚光镜12照明刻度板11（刻度板与摆动反射镜3连成一体同时绕刻度中心作回转运动）。通过反射镜10，读数物镜9，平行棱镜6将刻度板上不同部位折射率示值成象于分划板7上(见图2)

1光路图

图 1 望远系统读数系统光路图

1.进光棱镜 2.折射棱镜3.摆动反光镜4.消色散棱镜组5.望远物镜组6.平行棱镜7.分划板8.目镜9.读数物镜10反光镜11.刻度盘12.聚光镜

2视场图

图 2

读数镜视场中右边为液体折射率刻度，左边为蔗糖溶液质量分数（锤度Brix）（0-95％，刻度）

3结构图1 拷贝 3结构图2 拷贝

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图3仪器结构图

1反射镜2棱镜座连接转轴3遮光板5进光棱座6色散调节手轮7色散值刻度圈

8目镜9盖板10锁紧手轮11折射标棱镜座12照明刻度聚光镜13温度计座

14底座15折射率刻度手轮17壳体18恒温器接头

二、实验原理

阿贝折射仪是根据全反射原理设计的，有透射光(掠入射)与反射光(全反射)两种使用方法。

（一）测定液体的折射率

若待测物为透明液体，一般用透射光即掠入射方法来测量其折射率n_x。

阿贝折射仪中的阿贝棱镜组由两个直角角棱镜(折射串率为n)组成，一个是进光棱镜，它的弦面是磨砂的，其作用是形成均匀的扩展面光源。另一个是折射棱镜。待测液体(n_x＜n)夹在两棱镜的弦面之间，形成薄膜。如图4所示， 4全反射

图 4

光先射入进光棱镜，由其磨砂弦面A^，B^，产生漫射光穿过液层进入折射棱镜(图中ABC)。因此到达液体和折射棱镜的接触面(AB面)上任意一点E的诸光线(如1，2，3等)具有各种不同的入射角，最大的入射角是90度。，这种方向的入射称为掠入射。对不同方向入射光中的某条光线，设它以入射角i射向AB面，经棱镜两次折射后，从AC面以角出射，若，则由折射定律得

1）

2）

其中α为AB面上的折射角，β为AC面上的入射角。由图4得棱镜顶角A与α角及β角的关系为

则代入1）式得

3）

由2）式得

即

则

代入3）式得：

从图4可以看出，对于光线“1”，有i→90^》，sini→1，→，则上式变为

因此，若折射棱镜的折射率n、折射顶角95已知，只要测出出射角即可求出待测液体的折射率。

若,这时出射光线与顶角A在AC面法线的同侧，上式变为

阿贝折射仪是如何测量与光线“1”相对应的出射角呢?由图4可知。除光线“1”外，其它光线“2”、“3”等在AB面上的入射角皆小于90度。因此当扩展光源的光线从各个方向射向AB面时，凡入射角小于90度的光线，经棱镜折射后的出射角必大于角而偏折于“1’”的左侧形成亮视场。而“1”的另一测因无光线而形成暗场。显然，明暗视场的分界线就是掠入射光束“1”的出射方向(“1’”)。

阿贝折射镜标出了与角对应的折射率值，测量时只要使明暗分界线与望远镜叉丝交点对准，就可从视场中折射率刻度读出n_x值。

任何物质的折射率都与测量时使用的光波的波长有关。阿贝折射仪因此有光补偿装置（阿米西棱镜组），所以测量时可用白光光源，且测量结果相当于对钠黄光（λ＝589.3nm）的折射率（即n_D）。另外，液体的折射率还与温度有关，因此若仪器接上恒温器，则可测定温度为0℃-50℃内的折射率即n_D。

实验内容与步骤

测定液体的折射率

1. 用脱脂棉沾酒精将进光棱镜和折射棱镜擦拭干净，干燥后使用。避免因残留有其他物质，而影响测量结果。

2. 用滴管将少许待测液滴在折射棱镜的表面上，并将进光棱镜盖上，旋紧棱镜锁紧手轮10锁紧，待测液在中间形成一层均匀无气泡的液膜。

3. 打开进光棱镜上的遮光板，关闭折射棱镜上遮光板用透射光测量，旋转折射率刻度调节手轮15找到明暗分界线使之大致对准十字叉丝的交点。然后旋转阿米西棱镜手轮6，消除视场中出现的色彩，使视场中只有黑白分界线。

4. 再次微调手轮15，使明暗分界线正对十字线中心。此时，目镜视场中折射率刻度示值即为被测液体的折射率。读取数据时首先沿正方向旋转棱镜转动手轮（如向前），调节到位后，记录一个数据。然后继续沿正方向旋转一小段后，再沿反方向（向后）旋转棱镜转动手轮，调节到位后，又记录一个数据。取两个数据的平均值为一次测量值。

5. 分别测定蒸馏水、无水乙醇和糖溶液的折射率各6次。关闭进光棱镜遮光板，打开折射棱镜遮光板用反射光法测量三种溶液折射率各6次。测量糖溶液时，还要同时测出其锤度。

6. 对透射光法和反射光法测定两组数据各求平均值和不确定度。

数据记录及处理

水的折射率, 酒精的折射率=1.3390