基于牛顿环实验测液体折射率

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1、基于牛顿环实验测液体折射率MeasureLiquidRefractiveIndexBasedonNewtonRing'sExperiments赵贤物理一班20130921141摘要：首先介绍用牛顿环实验测量液体折射率的原理，然后给出应用比对法测量液体折射率的方法、技术支撑以及测量注意事项。Abstract:Firstly,aprincipleofNewton'sringexperimentwasintroducedtotesttherefractiveindexofliquid,andthenthespecificexperimentalmethods

2、ofmeasuringliquidrefractiveindex,technicalsupportandprecautionsinmeasurementprocessweregiven.关键词：牛顿环；等厚干涉；折射率Keywords:Newton'srings；equalthicknessinterference；refractiveindex引言：折射率是物质的最基础的特性参量，测量折射率大小的测量是物理实验要解决的主要任务之一。实验过程中对液体折射率进行测量的时候由于其具备的复杂度较大，误差性比较大，所以说要比固体折射率的测量难一点。本文以介绍测

3、量液体折射率的措施为中心。具体分析了牛顿环干涉的方法和光在液体内部传播的特性，这不但是增加了该题目的实验内容，而且还提出了比较切实可行的测量液体折射率的新型措施，物理意义使清晰明白、方法便捷，而且能够产生合理有效的测量结果。在实验的过程中能够促进学员理解光的具体特性，不断的提高学员研究和解决问题的实际能力。1测量原理取一个曲率半径很大的平凸透镜，凸面置于光学平板玻璃上，二者之间形成以中心接触点到边缘逐渐增厚的空气薄膜。当以平行单色光垂直入射时，入射光将在空气薄膜上下两表面反射产生具有一定光程差的两束相干光，并且在空气薄膜上缘面相遇干涉。形成以玻璃接触点

4、为中心的一系列明暗相间的干涉圆环，即牛顿环。当以波长为λ的钠黄光垂直照射到平凸透镜上时，由空气薄膜上下两表面反射的光的光程差以及干涉相消即暗纹条件为：δ=2n0e+=（2k+1）λ（k=0，1，2，…）（1）式中，n0为空气的折射率，e为某一暗纹中心所在处的薄膜厚度，k为干涉级次。利用几何关系，可得e≈r2（r为条纹半径），代入（1）式，有δ=n0r2+λ=（2k+1）λ（k=0，1，2，…）。取暗条纹观察，则第p，q级对应的暗环直径的平方：Dp2=4pRλ，Dq2=4qRλn0两式相减。得平凸透镜的曲率半径：R=（Dp2-Dq2）n0（2）显然，当平

5、凸透镜与平板玻璃间隙中为液体时以上公式应写为：R=（D′p2-D′q2）n（3）其中，D′p、D′q是平凸透镜与平板玻璃间隙中为液体介质时第p环和第q环的暗环直径，n为液体折射率。我们将两式相除，并将空气折射率近似为1，便可以得到如下公式：n=D′p22-Dq′22（4）因此，只要分别测出空气介质和液体介质第p暗环和第q暗环的暗环直径，即可求出液体的折射率。2测量结果为减少测量误差，我们采用逐差法测量，将牛顿环装置放在读数显微镜下，首先用读数显微镜测出空气介质的第5~25环和30~50环的暗环直径，然后再用滴管向牛顿环装置滴入待测液体，使液体全部进入平

6、凸透镜与平板玻璃之间的间隙后，开始测量与空气介质对应的各暗环直径。测量数据及计算结果如下所示。介质：空气钠光波长=5.893×10-7m第p圈显微镜读数/mm直径/mm第q圈显微镜读数/mm直径/mmD2p-D2q/mm2左xp右x′p差Dp左xq右x′q差Dq5025.84813.57212.276252024.06015.3718.68975.20154540353025.53925.20324.84624.47313.89014.22114.57514.95811.64910.98210.2719.5151510523.60823.08822.4

7、6821.67015.83116.34916.96517.7547.7776.7395.5033.91675.217575.190275.210475.2002平均值75.2039介质：水钠光波长=5.893×10-7m第p圈显微镜读数/mm直径/mm第q圈显微镜读数/mm直径/mmD2p-D2q/mm2左xp右x′p差Dp左xq右x′q差Dq504540353025.08024.78824.51824.20223.88514.48214.74015.04015.34215.67510.59810.0489.4788.8608.210252015105

8、23.52323.12022.67522.46821.45216.03816.43916.88