容器壁厚度对光栅衍射法测量液体折射率的影响.pdf

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1、第35卷第4期物理实验V01．35No．42015年4月PHYSICSEXPERIMENTATIONApr．，2015容器壁厚度对光栅衍射法测量液体折射率的影响张静，满小溪(东北师范大学物理学院，吉林长春130024)摘要：利用光栅衍射法测量了NaC1溶液的折射率，并分析了容器壁厚度引起的附加光程对折射率的影响．采用折射率修正公式运用一级衍射得到的溶液的折射率更可靠．关键词：折射率；光栅衍射；容器厚度中图分类号：0436．1文献标识码：A文章编号：1005—4642(2015)04—0034—03内，玻璃

2、板后部的外侧贴1张半透明的纸，方便测1引言量条纹．液体的物理性质主要包括液体的力学、光学、4)开启光源，读取中心衍射斑，以及一级、二热学、磁学的性质[1]．在液体的光学性质中，折射级和三级衍射斑的最亮光点的位置．率是重要参量．测量折射率的方法有很多，其中根据光栅方程sin一号，得出光栅在空气中有基于迈克耳孙干涉仪测量液体折射率[2]，基于等厚干涉原理测量液体折射率]，利用CCD测的一级衍射条纹的衍射角．为了消除偶然误差，量液体折射率等]．本文通过光栅衍射法测量可以改变光栅到玻璃板的距离，多次测量一级衍液体

3、的折射率，并对玻璃容器自身厚度对折射率射条纹间距和光栅到玻璃板后部的距离，通过的影响进行了修正．sin0一屏司囊釜，进而计算光在液体中2实验的基本原理的衍射角．根据光学原理，可以知道液体的折射2．1光栅衍射法的实验率：，其中为光在空气中的一级条纹的实验器材：光源采用波长为632．812m的氦衍射角，0。为光在液体中的一级条纹的衍射角．氖激光器，样品池为长方形的玻璃容器，容器壁的2．2实验中容器壁所导致的误差分析厚度为2mm，衍射光栅空间频率为300mm_。，还有刻度尺细线、铁架台等．一般情况下，认为玻璃板

4、很薄，所以在分析中实验过程：会忽略玻璃板的厚度．而实际上玻璃板的厚度对1)调节激光器的准直，可以借助平面镜对激结果有一定的影响，因为玻璃板的折射率与液体光器的准直进行调节．激光器发出的光打在平面的折射率不同．在靠近激光器的玻璃槽的一侧垂镜上，缓慢地交替调节激光器的6个小螺丝，使通直入射，因为光线不发生偏折，也不会引起光程的过平面镜反射回来的光束与激光器发出的光束重变化，可以不用考虑玻璃板厚度影响，但在光栅的合，则此时激光器相对于玻璃容器准直．后表面，激光照射到光栅上会让激光光束分成若2)激光器波长的校准．

5、首先通过光栅光谱仪干个光束，对经过光栅沿中心垂直出射的一束光对激光器的波长进行了校准．由于汞灯谱线较不会有影响．但是其他的光束因为不是垂直出窄，所以我们使用汞灯的绿色线进行定标，波长为射，射在玻璃板上就会发生折射，那么传播到玻璃632．8Ylm．槽后，原来沿着某方向偏折过来的光束就会有一3)向玻璃容器中注入溶液，将光栅置于溶液定距离的平移发生，传播方向不变，但在接收屏上收稿日期：2014-12—01；修改日期：2015-02—28作者简介：张静(1990一)，女，辽宁朝阳人，东北师范大学物理学院硕士研究生

6、，研究方向为光学检测．第4期张静，等：容器壁厚度对光栅衍射法测量液体折射率的影响的位置会变化]．据一可知测量的折射率偏小．SinU1依据图1可以进行定性分析．如果在处理数据过程中，不考虑有一定厚度的玻璃板造成的光3误差的处理过程束同方向平移，从屏上读到的点反向向衍射光栅如图1所示，sin0是理论上要求的值，但由做连线(图中虚线)，光的折射角度将偏小．如此于玻璃容器的存在，实际计算的是sin．根据光的数据处理，也即测量得到的液体折射率将偏小．栅方程以知道sin0，根据折射定律和图1所示，可以计算出D△z—h

7、百‘同理，lz一。，tn2^●+{△x}．一一z+△一九—~／=；==+D—，(3)一}sin。0l~／1一sin。01图1容器壁对液体折射率测量造成误差的示意图将sin一代入可得，在测量过程中通常会选择直接测量的衍射条+Ax=D—==+^—==，(4)纹间距进行计算，也就是图1所示z+Ax的部；d。一。；d一分，则计算光在水中传播的衍射角sin0偏大，根可以得到；z一——————L———一+z咒d=——————————————————————————————————————_=========十，(5)

8、(z+Ax)(z2-2。)+h～2(+&x)h2~／(；一．：l)所以折射率为D(，2；-2)．(6)r(z+△)(；z—z)+zA。一2(z+△z)A～]。。d’在实验中具体使用了2种质量分数的NaC1不可忽略的．溶液(0．05，0．10)．根据测量数据分析由于玻璃上述实验分析中，所得到的折射率以及相应板的引入对折射率的测量结果影响如表1所示．的不确定度结果都是基于一级衍射，而事实上高级衍射对折射率的测量值有一定的影响．对表