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        劈尖法測(cè)不同液體和透明固體的折射率

        2017-01-04 10:34:35程顯中唐殿皓
        大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 2016年6期
        關(guān)鍵詞:折射率條紋大學(xué)物理

        程顯中,唐殿皓

        (東北大學(xué),遼寧 沈陽(yáng) 110004)

        劈尖法測(cè)不同液體和透明固體的折射率

        程顯中,唐殿皓

        (東北大學(xué),遼寧 沈陽(yáng) 110004)

        利用劈尖等厚干涉原理,精確測(cè)定多種液體和透明固體的折射率。

        折射率;劈尖;等厚干涉

        測(cè)量物質(zhì)的折射率一般采用光的“干涉法”,“折射法”,“橢偏法”,“掠入射法”等。介紹一種利用劈尖等厚干涉測(cè)量液體或固體的折射率的方法。

        1 測(cè)量原理與實(shí)驗(yàn)裝置

        1.1 測(cè)量液體折射率

        將兩塊平面光學(xué)玻璃一端接觸在一起,另一端加一薄片或細(xì)絲,則在兩平面玻璃之間形成楔形空氣膜,即空氣劈尖。當(dāng)一束單色平行光垂直入射時(shí),經(jīng)空氣劈尖上下表面反射的光在劈尖上表面相遇,產(chǎn)生一組與棱邊平行的明暗相間的干涉條紋,且條紋間距相等,如圖(1)所示[1-2]:

        圖1 劈尖干涉原理示意圖

        在劈尖厚度為dk處,兩束反射光的光程差為Δ=2n空dk+λ/2,由于空氣折射率n空≈1.00,則光程差為

        Δ=2dk+λ/2,

        在劈尖暗紋的條件是

        Δ=2dk+λ/2=λ(2k+1)/ 2(k=0,1,2,3……)

        所以,任意相鄰暗條紋所對(duì)應(yīng)的劈尖厚度之差為λ/2。

        若入射光波長(zhǎng)λ已知,只要測(cè)出暗紋的m個(gè)間距的寬度Dm就可以計(jì)算出劈尖夾角θ,

        (1)

        (2)

        聯(lián)立(1),(2)即得液體的折射率為:

        1.2 測(cè)量透明固體折射率

        將固體一端打磨成光學(xué)表面形成“固體劈尖”,然后用一塊光學(xué)玻璃與其組成“空氣劈尖”,如圖(2)所示:

        圖2 測(cè)量固體折射率示意圖

        利用空氣劈尖干涉原理,測(cè)出劈尖夾角θ

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        以水為例,用讀數(shù)顯微鏡測(cè)“水劈尖”的折射率。

        表1 測(cè)量空氣劈尖m=8條紋間距

        表2 測(cè)量水劈尖m=8條紋間距

        3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

        劈尖法測(cè)量物體的折射率優(yōu)點(diǎn)很多主要如下:

        (1)采用光學(xué)方法測(cè)量,精確度較高。

        (2)操作方便簡(jiǎn)單所需器材皆為實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)儀器。

        (3)測(cè)量對(duì)象較多,可以充實(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,拓展知識(shí)面,值得在高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中推廣。

        [1] 吳泳華,霍劍青,熊永江.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,2001.

        [2] 張旭峰,王志斌,王秉仁.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

        [3] 陳代兵,張佳偉,等.利用劈尖的等厚干涉測(cè)量液體的折射率[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2016(5):82-84.

        [4] 崔振杰,張斯琪,等.一種基于分光計(jì)測(cè)量透明液體折射率的新方法[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2016(4):89-92.

        Measuring Refractive Index of Different Liquid and Transparent Solid by the Method of Wedge

        CHEN Xian-zhong,TANG Dian-hao

        (Northeastern University,Liaoning Shenyang 110004)

        Using ‘equal thickness interference’ to measure refractive index of different liquid and transparent solid accurately.

        refractive index;wedge;equal thickness interference

        2016-10-08

        1007-2934(2016)06-0076-02

        O 4-34

        A

        10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.006.019

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