程顯中,唐殿皓
(東北大學(xué),遼寧 沈陽 110004)
劈尖法測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 110004)
利用劈尖等厚干涉原理,精確測定多種液體和透明固體的折射率。
折射率;劈尖;等厚干涉
測量物質(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量液體或固體的折射率的方法。
1.1 測量液體折射率
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絲,則在兩平面玻璃之間形成楔形空氣膜,即空氣劈尖。當一束單色平行光垂直入射時,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應(yīng)的劈尖厚度之差為λ/2。
若入射光波長λ已知,只要測出暗紋的m個間距的寬度Dm就可以計算出劈尖夾角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 測量固體折射率示意圖
利用空氣劈尖干涉原理,測出劈尖夾角θ
以水為例,用讀數(shù)顯微鏡測“水劈尖”的折射率。
表1 測量空氣劈尖m=8條紋間距
表2 測量水劈尖m=8條紋間距
劈尖法測量物體的折射率優(yōu)點很多主要如下:
(1)采用光學(xué)方法測量,精確度較高。
(2)操作方便簡單所需器材皆為實驗室常見儀器。
(3)測量對象較多,可以充實實驗內(nèi)容,拓展知識面,值得在高校大學(xué)物理實驗課中推廣。
[1] 吳泳華,霍劍青,熊永江.大學(xué)物理實驗[M].北京:高等教育出版社,2001.
[2] 張旭峰,王志斌,王秉仁.大學(xué)物理實驗[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.
[3] 陳代兵,張佳偉,等.利用劈尖的等厚干涉測量液體的折射率[J].大學(xué)物理實驗,2016(5):82-84.
[4] 崔振杰,張斯琪,等.一種基于分光計測量透明液體折射率的新方法[J].大學(xué)物理實驗,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