測量物質(zhì)折射率的方法(光學(xué)介質(zhì)中折射率的幾種測量方法)

1.光學(xué)介質(zhì)中折射率的幾種測量方法

一、視深法

原理：利用視深公式

方法：在一盛水的燒杯底部放一粒綠豆，在水面上方插一根針，如圖4-1所示.調節針的位置，直到針尖在水中的像與看到的綠豆重合，測出針尖距水面距離即為杯中水的視深 ，再測出水的實(shí)際深度h，則水的折射率。

二、全反射法

原理：全反射現象.

方法：在一盛滿(mǎn)水的大玻璃缸下面放一發(fā)光電珠，如圖5-1所示.在水面上觀(guān)察，看到一圓的發(fā)光面，量出發(fā)光面直徑D及水深h，則水的折射率。

折射率，光在真空中的傳播速度與光在該介質(zhì)中的傳播速度之比率。材料的折射率越高，使入射光發(fā)生折射的能力越強。折射率越高，鏡片越薄，即鏡片中心厚度相同，相同度數同種材料，折射率高的比折射率低的鏡片邊緣更薄。折射率與介質(zhì)的電磁性質(zhì)密切相關(guān)。根據經(jīng)典電磁理論，εr和μr分別為介質(zhì)的相對電容率和相對磁導率。折射率還與頻率有關(guān)，稱(chēng)色散現象。光由相對光密介質(zhì)射向相對光疏介質(zhì)，且入射角大于臨界角，即可發(fā)生全反射。

2.如何測量固體的折射率

可以用自準直法。

光線(xiàn)通過(guò)位于物鏡焦平面的分劃板后，經(jīng)物鏡形成平行光。平行光被垂直于光軸的反射鏡反射回來(lái)，再通過(guò)物鏡后在焦平面上形成分劃板標線(xiàn)像與標線(xiàn)重合。當反射鏡傾斜一個(gè)微小角度α角時(shí)，反射回來(lái)的光束就傾斜2α角。

在測角儀上也可采用自準直法測量材料的折射率，光線(xiàn)在棱鏡前表面的入射角為i，如果折射光線(xiàn)OC剛好垂直于棱鏡后表面BD，則反射后的光路COS與入射光路SOC重合，稱(chēng)為自準直光路。由幾何關(guān)系知道，此時(shí)光線(xiàn)在前表面的折射角i與棱鏡頂角θ 相等，因此根據折射定律n=sini/sinθ，測出i和θ，即可求得n。

3.不透明介質(zhì)折射率的測量方法

1.利用折射定律測定液體的折射率

所需器材：（1）一根標有刻度的毫米刻度尺，（2）裝滿(mǎn)待測透明液體的圓柱形玻璃杯。方法如下：

(1)將直尺AB緊挨著(zhù)杯壁豎直插入杯中，如圖1所示，在刻度尺的對面觀(guān)察液面，能同時(shí)看到刻度尺在液體中的部分和露出液面的部分；

(2)調整視線(xiàn)，直到眼睛從杯子的邊緣D往下看時(shí)，刻度尺上端某刻度A經(jīng)液面反射后形成的像與看到的刻度尺在液體中的某刻度B重合；

(3)讀出O、A、B、C四處所對應的刻度值；

(4)量出玻璃杯的直徑d

(5)根據幾何關(guān)系可知：，

2.應用全反射測定液體的折射率

用一個(gè)圓形軟木塞，在其中心處豎直地倒插一枚大頭針，使其漂浮在待測液體中，如圖2所示，調整大頭針的插入深度，使觀(guān)察者在液體的上方任一位置恰好都看不到大頭針的頂部S，此時(shí)，從S發(fā)出的光線(xiàn)，在木塞邊緣的液體處恰好發(fā)生了全反射。此時(shí)的入射角∠1即為該液體發(fā)生全反射的臨界角。測出木塞的半徑r和大頭針頂部的深度h，則有，，

故液體的折射率：

3.用插針?lè )y定半圓形玻璃磚的折射率

用插針?lè )y定半圓形玻璃磚的折射率，與用插針?lè )y定方形玻璃磚的折射率的方法基本相同。如圖3甲所示，將半圓形玻璃磚放在白紙上，記下直徑的位置MN,MN即為界面。豎直插下大頭針P1和P2，使P1和P2的延長(cháng)線(xiàn)玻璃的圓心O。在玻璃的另一側豎直插下大頭針P3和P4，使P3擋住通過(guò)玻璃磚觀(guān)察到的P2和P1的像，使P4擋住 P3的像。移去玻璃磚，連接P1. P2及P3. P4，用量角器測出它們與法線(xiàn)的夾角i和，由折射定律可知，該玻璃磚的折射率：

若實(shí)驗器材中未給出量角器的情況下，可以用單位圓作圖來(lái)計算折射率。方法如下：以入射點(diǎn)O為圓心，以單位長(cháng)度為半徑畫(huà)一個(gè)圓，如圖3乙所示，該圓與入射光線(xiàn)AO和折射光線(xiàn)OB分別交于P和Q點(diǎn)。分別過(guò)P點(diǎn)和Q點(diǎn)作法線(xiàn)的垂線(xiàn)和，則：

4.利用全反射測定半圓形玻璃磚的折射率

將半圓形玻璃磚放在白紙上，記下直徑的位置MN,MN即為界面。豎直插下大頭針P1和P2，使P1和P2的延長(cháng)線(xiàn)玻璃的圓心O。以O為軸緩慢轉動(dòng)玻璃磚，使觀(guān)察者在另一側的任何位置都不能同時(shí)觀(guān)察到P2和P1的像，此時(shí)過(guò)P2和P1的光線(xiàn)AO在界面MN上發(fā)生了全反射，此時(shí)的入射角即為全反射的臨界角C，如圖4所示。固定玻璃磚，在玻璃磚的同側的另一方向豎直插下大頭針P3和P4，使P3擋住通過(guò)玻璃磚觀(guān)察到的P2和P1的像，使P4擋住 P3的像。過(guò)大頭針P3和P4的光線(xiàn)BO，即為AO的反射光線(xiàn)。測出∠AOB，∠AOB為臨界角的兩倍，則玻璃磚的折射率：

5.利用小角度近似測定透明液體的折射率

將光線(xiàn)從空氣射入裝有透明液體的水槽中，如圖5所示，光線(xiàn)從A點(diǎn)進(jìn)入透明液體中，然后折射到達水槽底部角落的C點(diǎn)。然后將液體排干，光線(xiàn)將沿直線(xiàn)射到水槽的邊緣的B點(diǎn)。