应用光学实验

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1、应用光学实验37实验九光学玻璃或液体的折射率和色散测量（临界角法）一、实验目的1．掌握用阿贝折光仪测量光学玻璃或液体的折射率和色散的原理和方法。2．熟悉阿贝折光仪的结构和使用方法。二、实验原理图9-1临界角法测量玻璃折射率的光学原理图1-被测样品2-折射棱镜所谓临界角法是将被测试样与已知折射率的折射棱镜紧贴在一起（在试样与折射棱镜之间必须加折射液），通过角定与临界光线相对应的出射光线的方向来求得试样折射率的方法。如图9-1所示，标准棱镜的折射率为，被测试样的折射率为，以掠射方工进入试样的光线，折射后以全反射临界角进入标准棱镜，并以角出射。显然，为使临界光线折

2、入标准棱镜中，必须满足。由于光线与临界光线对应，因此出射光线只能分布在光线的同侧（或者左侧，或者右侧），而就是出射光的边界。在用来接收出射光的望远镜视场中，它形成明暗两部分的分界线，瞄准这一分界线，就确定了光线的方向，就起到了标定的作用。可以导出(9-1)式中，——分别为试样和标准棱镜在测试条件下相对空气的折射率；——标准棱镜的折射角；——临界光线对应的出射光线与标准棱镜光线出射面的法线之间的夹角。式中，出射光线在出射面法线之上时取“+”号；反之取“-”号。37由此看来，已知、，只需测出便可求得试样的折射率。实际上，为了方便，可对不同的预先算出，并标注在度盘

3、相应位置上。因而，测量时可直接读取值。阿贝折光仪就是这样做的。当然，这要求在使用前仔细校准，以保证仪器示值的准确性。三、实验仪器设备根据临界角法测量折射率的原理设计制成的阿贝折光仪能用于测定透明、半透明的液体或固体的折射率和平均色散。2W型阿贝折光仪的光学系统如图9-2所示，仪器外貌如图9-3所示。图9-2阿贝折光仪的光学系统1、13-反光镜2-照明棱镜3-标准棱镜4-色散棱镜5-物镜6、8-场镜7-目镜9-显微物镜10-转向棱镜11-度盘12-毛玻璃图9-3阿贝折光仪外貌1-底座2-棱镜转动手轮3-度盘组4-小反光镜5-支架6-读数镜筒7-目镜8-望远镜筒

4、9-示值调节螺钉10-色散棱镜手轮11-色散值刻度圈12-棱镜锁紧扳手13-棱镜组14-温度计座15-恒温器接头16-保护罩17-主轴18反光镜37仪器的主要结构如下：（1）照明系统照明系统由反光镜和照明棱镜组成。反光镜反射外来光线（日光、灯光等）以照射照明棱镜，照明棱镜的通光面制成毛玻璃，因此形成漫射光源，作为仪器的照明光源，以便提供沿不同方向射向试样的光线，保证望远镜视场中一半为明，一半为暗。（2）标准棱镜标准棱镜除了和试样一起给出测量方程式外，还是仪器的定位元件，起着支承试样的作用。（3）色散棱镜由于照明光源是白光，因此在折射时必然产生色散现象。色散的

5、存在使得望远镜中明暗视场的分界线带色（对不同的波长，光线的方向不同），这就影响瞄准精度。为了消除色散现象的影响，在仪器中引入了色散棱镜。它由两个相对转动的棱镜组成，其不同的相对位置状态，可以引入不同的色散值，以抵消试样和标准棱镜所引起的色散作用。色散棱镜的不同位置状态，用色散刻度圈上的值表示。（4）望远镜望远镜是仪器的瞄准系统，用以确定光线（图9-1）的方向，给定和。（5）示值机构和读数装置阿贝折光仪用度盘来示值，但度盘上给出的值为光的折射率，它是仪器的标准量。读数用显微镜。（6）恒温套测量液体的折射率时，易于受温度的影响，因此设置了恒温套，以保证测量时试样

6、处于一定的温度。四、实验内容和步骤1．仪器校准用已知折射率的标准样品（仪器本身备有的附件）检查仪器的示值是否正确，其方法如下：（1）将标准样品的抛光面涂少许折射液（其折射率应大于标准样品的折射率，小于标准棱镜的折射率。目的是保证样品和标准棱镜有良好的接触，并保证掠射光能折入标准棱镜中）。贴置在阿贝折光仪的标准棱镜上。（2）引入照明光源（可用反光镜通过照明棱镜或用白纸反射室内光线照明），使度样获得照明。（3）转动标准棱镜（通过调整手轮实现），使读数用的显微镜视场中的读数为标准样品的折射率值。37（4）转动色散棱镜（通过转动消色差手轮实现），使瞄准用的望远镜视场

7、中的明暗视场分界线消色。（5）检查视场中明暗分界线是否通过望远镜分划板上的叉丝交点。若分界线不通过叉丝交点，说明示值不正确，需用方孔调节扳手（仪器附件）转动镜筒上的示值调节螺钉，推动分划板，使叉丝交点位于分界线上。2．试样的测量（1）重复上述1．（1），引入试样，但应使折射液的折射率介于试样和标准棱镜的折射率之间。（2）重复上述1．（2）、（4），引入照明光源，并消色差。（3）瞄准、读数。用望远镜瞄准视场分界线后，于读数用的显微镜中读取。由色散刻度圈上读取值。五、测量数据记录和处理（1）记录、。（2）用关系式求色散。式中，、、根据测量得值、由该仪器所带的色散

8、表查得。六、思考题1．测量前为什么要进行仪器校准？2