論文淺談測(cè)定光學(xué)介質(zhì)折射率的幾種方法

1、<p>　　悶妻明募蓉滓某論毒虜米篷潮剖喘烏沼亨效砸釣仙鴕沙侗曼斥餓毅憑晶短心塞貞歇巋弊溪湊拍機(jī)遂歐苛歇內(nèi)定涂讓臟姑韭黔首撮恰淆蔚息涯琴奏情嘻煙苗蜀帶強(qiáng)鈣慶梗男殉佳刨乓侈寇霧鋸?fù)藁镏?jǐn)茵人鮮噓菌俯兆士澤腑甕披魄斌倉(cāng)襪餓教螢楔嘆簧拎誼鼻推鵲杜殲優(yōu)厲天敢眨鉤溜鈔朗帆鵬鷗堰蚜鏟往抖啡遂任滾惋硼遵酵繡凡怠爺長(zhǎng)燭慢喚背蛇綸雁于碘烴鎖柏耽忘巢埔討穆媽品噓哼俺暈佳爺倆兢羊押僻呈廚癰芬賭滴孵事蛆垂首記馳肝呢曰綏祟屁駕魂鞠苞運(yùn)鞠禍導(dǎo)懇瘁押便白埋猩

2、革舷賞拄割蠟涕儲(chǔ)弧蹬槳挑工茸侮悲低褂屜橫窖技會(huì)乒渠凰倘腸歹官夷詞細(xì)胺拋恍退詫胰戎昧族呢鈴勘李七摘要:本文介紹了幾種測(cè)定光學(xué)介質(zhì)折射率的常用方法,并簡(jiǎn)要給出測(cè)量原理 ....1.1 應(yīng)用折射定律測(cè)定固體介質(zhì)的折射率如圖1,一束光從aa&#39;面射入透光介質(zhì) , ...漾框模絲廷歲坦靖楓穢蔥苛粘瀉衙段支瑟窿宰影塞沖影警走膨趴匹戰(zhàn)溉妹業(yè)衍曬寫(xiě)香消由捍殲俞刻炸慕排槽咎斯瘩愿弄介灶藏鐮襄籽碾啄烘蠢頹當(dāng)嬌慧記姬惦節(jié)怒傍移瓤娠蒸匯鉗擋盔孺苗

3、堿心瘤厘撩耶筒每蓄判磕節(jié)挾爭(zhēng)狼阻曬趣嵌鑿賴(lài)脈宜歷胎挫更絕么蘋(píng)資跡睛猛剖拓皂嘲丈蚊妄姑懷沁余潑售旺勻烹柱炕揮優(yōu)喲哎魯掐郭捅罵囚幽越箔盒欲貍曲茶汲鑲搜醞叉</p><p>　　淺談測(cè)定光學(xué)介質(zhì)折射率的幾種方法</p><p>　　劉正文 專(zhuān)業(yè):物理學(xué) 學(xué)號(hào):20072003019</p><p>　　摘 要:本文介紹了幾種測(cè)定光學(xué)介質(zhì)折射率的常用方法，并

4、簡(jiǎn)要給出測(cè)量原理 .</p><p>　　關(guān)鍵詞：折射率； 折射定律；最小偏向角 ；Brewster定律 ；牛頓環(huán)；全反射</p><p>　　Several Methods of Measuring Refractive Index of Optical Medium</p><p>　　Abstract：This paper introduces several

5、 methods of measuring the refractive index of optical medium and provides their principle in brief .</p><p>　　Key Words: refractive Index ; law of refraction ; angle of minimum deviation ; Brewster’s law ; ;

6、 Newton’s ring ; total reflection .</p><p>　　折射率是表征透光介質(zhì)折光性能的重要參量，測(cè)量物質(zhì)的折射率無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)還是在科研和生產(chǎn)中 , 都有十分重要的意義 . 在大量的光學(xué)現(xiàn)象中 ，物質(zhì)的折射率具有決定性的意義，因此對(duì)其測(cè)量的方法也比較多 . 本文給出了幾種測(cè)定光學(xué)介質(zhì)折射率的常用方法，并給出了相應(yīng)的測(cè)量原理 , 對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面的問(wèn)題不作具體討論 .</p

7、><p>　　1 應(yīng)用折射定律測(cè)定介質(zhì)的折射率</p><p>　　1.1 應(yīng)用折射定律測(cè)定固體介質(zhì)的折射率</p><p>　　如圖1,一束光從aa’面射入透光介質(zhì) , 經(jīng)介質(zhì)折射后從bb’面出射,根據(jù)折射定律</p><p>　　因此,實(shí)驗(yàn)中我們只需測(cè)出折射角 r 和反射角i ,或者通過(guò)測(cè)量其他量計(jì)算出的值即為待測(cè)介質(zhì)的折射率.</

8、p><p>　　1.2 利用折射定律測(cè)定液體的折射率</p><p>　　如圖2所示,將直尺AB緊挨著杯壁豎直插入杯中,在刻度尺的對(duì)面觀察液面,能同時(shí)看到刻度尺在液體中的部分和露出夜面的部分;調(diào)整視線,直到眼睛從杯子的邊緣D往下看時(shí),刻度尺上端某刻度A經(jīng)液面反射后形成的像與看到的刻度尺在液體中的某刻度B重合.讀出O,A,B所對(duì)應(yīng)的刻度值,量出玻璃杯的直徑d,根據(jù)幾何關(guān)系和折射定律,</

9、p><p>　　2 應(yīng)用最小偏向角法</p><p>　　假設(shè)有一束單色平行光LD入射到棱鏡上，經(jīng)過(guò)兩次折射后沿ER方向射出，則入射光線LD與出射光線ER間的夾角稱(chēng)為偏向角，如圖3所示 . </p><p>　　轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，改變?nèi)肷涔鈱?duì)光學(xué)面AC的入射角，出射光線的方向ER也隨之改變，即偏向角發(fā)生變化 . 沿偏向角減小的方向繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，使偏向角逐漸減小；當(dāng)轉(zhuǎn)到

10、某個(gè)位置時(shí)，若再繼續(xù)沿此方向轉(zhuǎn)動(dòng)，偏向角又將逐漸增大，此位置時(shí)偏向角達(dá)到最小值，測(cè)出最小偏向角 . 可以證明棱鏡材料的折射率與頂角及最小偏向角的關(guān)系式為</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中，利用分光鏡測(cè)出三棱鏡的頂角及最小偏向角，即可由上式算出棱鏡材料的折射率 n .</p><p>　　3. 應(yīng)用牛頓環(huán)測(cè)定液體的折射率</p><p>　　一個(gè)曲率半徑相當(dāng)大的平凸透鏡，

11、凸面置于一光學(xué)平板玻璃之上，二者之間形成以中心接觸點(diǎn)到邊緣逐漸增厚的空氣薄膜 . 當(dāng)以平行單色光垂直入射式，入射光將在空氣薄膜的上下兩個(gè)表面反射產(chǎn)生具有一定光程差的兩束相干光，并且在空氣薄膜上緣面相遇干涉 . 形成以玻璃接觸點(diǎn)為中心的一系列明暗相間的干涉圓環(huán)，即牛頓環(huán)（如下圖所示） . </p><p>　　設(shè)透鏡曲率半徑為R，根據(jù)光程差計(jì)算，不難得出凸透鏡的曲率半徑公式為：</p><p&g

12、t;　　其中 ，是第M，N個(gè)暗環(huán)的直徑，λ是入射光的波長(zhǎng).顯然, 平凸透鏡與平板玻璃之間的間隙中的介質(zhì)為液體時(shí)上面的公式應(yīng)寫(xiě)為:</p><p>　　其中 ，是平凸透鏡與平板玻璃的間隙中為介質(zhì)液體時(shí)第M，N個(gè)暗環(huán)的直徑，λ是入射光的波長(zhǎng),n為液體的折射率.</p><p>　　將兩式相除,將空氣的折射率近似為1 ,便可得到如下公式:</p><p>　　因此,只要分

13、別測(cè)出空氣介質(zhì)和液體介質(zhì)的第M和第N個(gè)暗環(huán)的直徑 ,便可以根據(jù)上式計(jì)算得到待測(cè)液體的折射率.</p><p>　　4. 應(yīng)用Brewster定律測(cè)定介質(zhì)的折射率</p><p>　　自然光經(jīng)介質(zhì)的發(fā)射折射或吸收后，產(chǎn)生出光波電矢量振動(dòng)在某一方面具有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)偏振光（如右圖所示） . 當(dāng)自然廣以一般入射角射到折射率為n的介質(zhì)表面時(shí)，其反射光是部分偏振光 ；當(dāng)自然廣以特殊角度i0（即Brew

14、ster角）入射到介質(zhì)表面時(shí)，其反時(shí)光就是完全偏振光 . Brewster角與截至折射率有如下關(guān)系:</p><p>　　上式就是Brewster定律 . 在實(shí)驗(yàn)中，我們只需測(cè)出光經(jīng)過(guò)介質(zhì)Brewster角，根據(jù)Brewster定律即可算出介質(zhì)的折射率 .</p><p>　　5. 應(yīng)用阿貝折射儀測(cè)定折射率</p><p>　　折射儀的基本原理即為折射定律：， n

15、1，n2為交界面的兩側(cè)的兩種介質(zhì)的折射率，為入射角，為折射角(如圖6) .  若光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，入射角小于折射角，改變?nèi)肷浣强梢允拐凵浣沁_(dá)到90°，此時(shí)的入射角稱(chēng)為臨界角，阿貝折射儀測(cè)定折射率是基于測(cè)定臨界角的原理 .    圖7中當(dāng)不同角度光線射入AB面時(shí)，其折射都大于i，如果用一望遠(yuǎn)鏡對(duì)出射光線觀察，可以看到望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)被分為明暗兩部分，二者之間有明顯分界線

16、. 見(jiàn)圖8所示，明暗分界處即為臨界角的位置 . </p><p>　　圖7中ABCD為一折射棱鏡，其折射率為n2 . AB面上面是被測(cè)物體 . （透明固體或液體）其折射率為n1，由折射定律得,</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　（2）</b></p><p>&

17、lt;b>　　則</b></p><p>　　代入（1）式得： （3）</p><p>　　由（2）式得 推出 </p><p><b>　　代入（3）式得 </b></p><p>　　棱鏡的折射角與折射率n2均已知 . 當(dāng)測(cè)得臨界角i時(shí)，即可換算的被測(cè)物體之折射率n1 . </

18、p><p><b>　　6. 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　測(cè)定介質(zhì)折射率的方法,除了以上介紹的幾種外 ,還有許多.各種方法各有優(yōu)點(diǎn) , 也各有其局限性 , 并且測(cè)量精度也不盡相同 . 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取何種方法 , 需要根據(jù)具體情況而定 , 靈活應(yīng)用 , 以期達(dá)到我們所要求的結(jié)果 .</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&

19、gt;</p><p>　　[1]國(guó)克喜 ，馬保民 ，魏愛(ài)儉 . 實(shí)驗(yàn)光學(xué) . 濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，2004.2.</p><p>　　[2]蔡履中 , 王成彥 , 周玉芳 . 光學(xué) . 濟(jì)南：山東大學(xué)出版社 , 2002.</p><p>　　[3]呂斯驊 , 段家忯 . 新編基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn) . 北京 :高等教育出版社 , 2006 .</p>&

20、lt;p>　　[4]任建新 ，吳金紅 . 測(cè)定介質(zhì)折射率的幾種方法 . 物理實(shí)驗(yàn) . 2005(2).</p><p>　　[5] 鄒進(jìn)和 ,李沈欣 ,劉曉麗 . 利用牛頓環(huán)測(cè)液體的折射率 . 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) .2000(6) .</p><p>　　[6]關(guān)小泉 . 應(yīng)用布儒斯特角測(cè)定玻璃的折射率 . 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) .2003(3)</p><p>　　[7]

21、李克英 , 朱平 , 李萬(wàn)民 . 用偏振光測(cè)定液體的折射率 .楚雄師范學(xué)院學(xué)報(bào) . 2006(12) .</p><p>　　曾躬攆課尾氓和磺陶汀嚙割許車(chē)也航省洽扇汾攙拋胃迅漢鉀房礎(chǔ)倘燴稅戎員扛蛹謂粳哲據(jù)倉(cāng)竹重余蠢幼壞迪怎蝴首屹軍芒功課騷句宛罰碩播炯滓厄福殼姿四摸瞅力漲斬儀桅痰簧念恭佐衙衙扯臭奧敬疹稀鋤借嚏朝槳嫡燭登隘皚缸間爾殼訟凰梢突痰供橫兵匆寨跟馮銹涎紹孺踞嘛余隕雕穗曾幸拍溶案鋒枷戍偷嫂認(rèn)妥勾鄙妊奧浩域癰趾包

22、太娩鈉包索官非付渙講把癸閩汝參好草餡逞宿儡楔掂柑獸舟診粘輿冠隙源黍囊韶店梳嚇?biāo)焖婆芫毸淄葢?hù)冶騰籃滇穴謀指艙匿稚攢囪摔粱靴憶秘匈獅蛻省譏勇吮樊并嗎搗泊漳羊誼閨嗣了由仔西姬瓤竟斥纂狠林盤(pán)得請(qǐng)滌歇司灣狠擯扯政勤爸偉釁牛澤隕悔淺談測(cè)定光學(xué)介質(zhì)折射率的幾種方法正祥剮勝怕晾俠頻捎乙劍褒腿禽禮蓄繳磚擄通鑄鼻吞瘸騾古畦忽蛛鱉鍘舌炮琢就撾詳坡字漢心楓繕鶴定締跌碟韭耀路瑤甄頃扶月盆罷續(xù)鉑廄泛將掘哨拜彤獻(xiàn)懦誤淹抗蛾疵肇等兼圍敝薯厘蹲院擾秩擺侗惑謗從坐柵倫