常用介质折射率测量方法的实验分析

常用介质折射率测量方法的实验分析

作者：魏连甲

来源：《中国科技博览》2016年第19期

[摘 要]介质折射率的精确测量不仅在物理基础实验研究中具有重要作用，而且在材料科学、物质检测、食品检验等领域也具有重要意义。利用最小偏向角法、掠入射法和迈克尔逊干涉仪对介质的折射率进行了测定，通过对三种不同的测量方法实验数据的计算和分析，找出精确测量透明介质折射率的实验方法。 [关键词]折射率 迈克尔逊干涉仪 介质

中图分类号：TN25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0102-01 1序论

折射率是一种表征介质光学性质的物理量，因此折射率的测定是几何光学中最重要的问题。折射率是用来表征介质材料光学性质的一种重要参数，在生产和科研部门中，往往需要测定物体的折射率。在现实生活中，折射率这个物理量的准确测量是解决实际生产生活中存在的许多问题的重要出发点。

人类的科学研究是在不断前进的，人们发现测定物质的折射率越来越成为一项重要的物理实验，物质折射率测定的方法的好坏直接影响着测量的精度、准确度，于是找到一种既简单又便于操作同时精度高的实验方法成为人们追求的一种趋势。本文即对已知的三种测定物质折射率的方法进行仔细研究分析，总结概括，以期得到对不同介质的理想测量方法。 2 实验原理 2.1 最小偏向角法

单色光经过等边三棱镜两次折射后，用分光计测量其最小偏向角，利用式（1）计算出棱镜材料的折射率[1] （1）

其中棱镜顶角，为偏转角。 2.2 掠入射法

单色光从未知透明介质掠射三棱镜，再由三棱镜另一面折射，通过测量折射光线的出射角，利用式（2）计算出未知透明介质的折射率[2]

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（2）

其中所用三棱镜为直角棱镜，其折射率为，为折射光线的出射角。 2.3 迈克尔逊干涉仪

在迈克尔逊干涉仪的一光路中放入未知透明介质，通过测量插入介质片后干涉圆环的变化数目，利用式（3）计算出未知透明介质的折射率n （3）

其中d是介质片厚度，N是干涉圆环的变化数目，波长，n是介质折射率。 3实验数据及处理 3.1 最小偏向角法 由式得，由式（1）得

分光计测量折射率综合标准不确定度U的值为： 3.2 掠入射法

由式得，由式（2）得，利用分光计掠射法测量纯净水的折射率综合标准不确定度U的值为：

3.3 迈克尔逊干涉仪

由测量数据得，，由式（3）求出，用迈克尔孙干涉仪测量薄玻璃片折射率综合标准不确定度U的值为： 4 结语

利用最小偏向角法测定透明物质折射率的实验中，分光计是光学实验中常用的一种精密测角仪器，且操作简单。利用它把透明固体材料做成三棱镜在分光计上测量最小偏转角可求出折射率；也可以把三棱镜做成薄玻璃空心状，其中充满透明液体，测量液体的折射率。该方法测量精度较高，测量的不确定度也很小，是较为理想的折射率测量方法，但不能测量气体的折射率。

利用掠入射法测定透明介质折射率也是在分光计上进行的，它只能测量液体的折射率，对固体不易测量，对气体不能测量。测量精度虽较高，由于出射光的明暗分界线的确定存在较大误差，使测量的不确定度较大。

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迈克尔逊干涉仪属于高精密仪器，原则上能够测量透明固体、液体和气体的折射率。对固体和液体的测量误差较大，对气体的折射率测量误差较小，但要求的实验条件较高，实验过程复杂。

综上所述，以上三种常用透明物质折射率的实验测量方法，对测量不同的介质各有利弊，根据不同的介质，不同的测量要求选取合理的测量仪器和方法。 参考文献

[1] 姚启钧.光学教程[M].第四版.北京：高等教育出版社，2008，6：124-125.

[2] 杨述武，赵立竹，沈国土.普通物理实验（3）：光学部分[M].第三版.北京：高等教育出版社，2000：36-38.