劈尖法測(cè)不同液體和透明固體的折射率

程顯中，唐殿皓

(東北大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

劈尖法測(cè)不同液體和透明固體的折射率

程顯中，唐殿皓

(東北大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

利用劈尖等厚干涉原理，精確測(cè)定多種液體和透明固體的折射率。

折射率；劈尖；等厚干涉

測(cè)量物質(zhì)的折射率一般采用光的“干涉法”，“折射法”，“橢偏法”，“掠入射法”等。介紹一種利用劈尖等厚干涉測(cè)量液體或固體的折射率的方法。

1 測(cè)量原理與實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 測(cè)量液體折射率

將兩塊平面光學(xué)玻璃一端接觸在一起，另一端加一薄片或細(xì)絲，則在兩平面玻璃之間形成楔形空氣膜，即空氣劈尖。當(dāng)一束單色平行光垂直入射時(shí)，經(jīng)空氣劈尖上下表面反射的光在劈尖上表面相遇，產(chǎn)生一組與棱邊平行的明暗相間的干涉條紋，且條紋間距相等，如圖(1)所示[1-2]：

圖1 劈尖干涉原理示意圖

在劈尖厚度為dk處，兩束反射光的光程差為Δ=2n空dk+λ/2,由于空氣折射率n空≈1.00，則光程差為

Δ=2dk+λ/2,

在劈尖暗紋的條件是

Δ=2dk+λ/2=λ(2k+1)/ 2(k=0,1,2,3……)

所以，任意相鄰暗條紋所對(duì)應(yīng)的劈尖厚度之差為λ/2。

若入射光波長(zhǎng)λ已知，只要測(cè)出暗紋的m個(gè)間距的寬度Dm就可以計(jì)算出劈尖夾角θ，

(1)

(2)

聯(lián)立(1)，(2)即得液體的折射率為:

1.2 測(cè)量透明固體折射率

將固體一端打磨成光學(xué)表面形成“固體劈尖”，然后用一塊光學(xué)玻璃與其組成“空氣劈尖”，如圖(2)所示：

圖2 測(cè)量固體折射率示意圖

利用空氣劈尖干涉原理，測(cè)出劈尖夾角θ

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以水為例，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)“水劈尖”的折射率。

表1 測(cè)量空氣劈尖m=8條紋間距

表2 測(cè)量水劈尖m=8條紋間距

3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

劈尖法測(cè)量物體的折射率優(yōu)點(diǎn)很多主要如下：

(1)采用光學(xué)方法測(cè)量，精確度較高。

(2)操作方便簡(jiǎn)單所需器材皆為實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)儀器。

(3)測(cè)量對(duì)象較多，可以充實(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，拓展知識(shí)面，值得在高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中推廣。

[1] 吳泳華，霍劍青，熊永江.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社,2001.

[2] 張旭峰，王志斌，王秉仁．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[3] 陳代兵，張佳偉，等.利用劈尖的等厚干涉測(cè)量液體的折射率[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2016(5)：82-84.

[4] 崔振杰，張斯琪，等.一種基于分光計(jì)測(cè)量透明液體折射率的新方法[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2016(4)：89-92.

Measuring Refractive Index of Different Liquid and Transparent Solid by the Method of Wedge

CHEN Xian-zhong,TANG Dian-hao

(Northeastern University,Liaoning Shenyang 110004)

Using ‘equal thickness interference’ to measure refractive index of different liquid and transparent solid accurately.

refractive index；wedge；equal thickness interference

2016-10-08

1007-2934(2016)06-0076-02

O 4-34

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.006.019