淺談?dòng)蔑@微鏡測(cè)玻璃的折射率

李晨

摘 要：在物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，依托加工讀數(shù)型顯微鏡結(jié)構(gòu)中的物鏡并在其前側(cè)部加設(shè)一個(gè)平面型反射鏡片，由此用來(lái)測(cè)試玻璃物質(zhì)的光線(xiàn)折射比率，其可大力的提升此光學(xué)實(shí)驗(yàn)中玻璃板折射率測(cè)定的精準(zhǔn)度。本人對(duì)原來(lái)讀數(shù)型顯微鏡結(jié)構(gòu)加以改制，且將其應(yīng)用到測(cè)驗(yàn)透明玻璃折射比率的過(guò)程當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)此光學(xué)實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)度的目標(biāo)，此次結(jié)構(gòu)改進(jìn)亦適于應(yīng)用在其他類(lèi)依托讀數(shù)型顯微鏡裝置進(jìn)行測(cè)定實(shí)驗(yàn)的相關(guān)過(guò)程當(dāng)中，具有較大的應(yīng)用效能。

關(guān)鍵詞：折射率；顯微鏡；玻璃；測(cè)定

依托讀數(shù)型光學(xué)顯微鏡測(cè)定透明玻璃板折射比率的試驗(yàn)過(guò)程，大部分高校將其作為教學(xué)設(shè)計(jì)型物理實(shí)驗(yàn)課程來(lái)設(shè)置，實(shí)驗(yàn)時(shí)通常都要先后測(cè)試在光屏和物鏡中間未設(shè)受驗(yàn)物質(zhì)還有設(shè)置受驗(yàn)物質(zhì)兩種狀態(tài)下，當(dāng)目鏡中的光屏生成完整圖像情況下，物鏡現(xiàn)實(shí)所處的位置存在差別。因?yàn)檫@兩次測(cè)定過(guò)程都是依托光學(xué)機(jī)構(gòu)在高度上實(shí)施調(diào)焦過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在豎直向上千分尺的測(cè)定分度單位數(shù)值為1/10mm。而讀數(shù)型顯微鏡裝置的水平方向螺旋式測(cè)微機(jī)構(gòu)，其測(cè)試刻度數(shù)值是1%mm；所以怎樣運(yùn)用精準(zhǔn)度相當(dāng)高的讀數(shù)型顯微鏡結(jié)構(gòu)中水平式螺旋型測(cè)微裝置，測(cè)驗(yàn)未設(shè)置受驗(yàn)物質(zhì)還有設(shè)置受驗(yàn)物質(zhì)的兩種情形下，當(dāng)目鏡結(jié)構(gòu)中光屏生成出完整的清晰圖像時(shí)，其物鏡構(gòu)件所處的部位偏差，是屬于增強(qiáng)透明玻璃折射比率測(cè)定精準(zhǔn)度的重要條件。欲達(dá)到如此目標(biāo)。

1 讀數(shù)型顯微鏡的結(jié)構(gòu)改制

一般的讀數(shù)型顯微鏡裝置，其光學(xué)傳導(dǎo)體系是由目鏡部件、物鏡部件及光傳播筒所構(gòu)成。將其目鏡部件及物鏡部件緊密固定在光筒的兩頭，在測(cè)定環(huán)節(jié)中二者之間的間隔距離始終保持不變，讓受驗(yàn)物體在目鏡裝置中完整成像的時(shí)候，其物鏡構(gòu)件到受驗(yàn)物體之間的間隔距離通常都不到5cm，為了拓展應(yīng)用區(qū)間，還應(yīng)當(dāng)再更換一個(gè)新的物鏡，讓其物距在10～15cm之間。

為了可以讓讀數(shù)型顯微鏡之螺旋式測(cè)微機(jī)構(gòu)的水平方向滑移調(diào)節(jié)過(guò)程成為此光學(xué)裝置調(diào)節(jié)焦距過(guò)程，在讀數(shù)型顯微鏡的物鏡部件前側(cè)新設(shè)一張平面型反射鏡片，且與其物鏡結(jié)構(gòu)結(jié)合成一體，其平面型反射光鏡片的鏡面和其光學(xué)體系的光簡(jiǎn)之間維持45°的夾角狀態(tài)。

2 利用讀數(shù)型顯微鏡量測(cè)平板型玻璃體折射率的機(jī)理

在由觀察孔觀看透明型玻璃體下部的物體P時(shí)，具體觀看到的是物體P的圖像P1，設(shè)置t0作為物體P經(jīng)過(guò)玻璃板所折射出來(lái)的射線(xiàn)和玻璃板法線(xiàn)的夾角，設(shè)置t1作為物體P的物光線(xiàn)在玻璃體中至觀看部位和玻璃板法線(xiàn)之間的夾角，設(shè)D是玻璃板層的厚度，設(shè)a是縱向交叉于玻璃板且經(jīng)過(guò)物體P的阿線(xiàn)至觀看部位之間的間隔距離，n代表玻璃體的光線(xiàn)折射比率，n0代表空氣的折射比率，依照折射率關(guān)聯(lián)關(guān)系可有

利用讀數(shù)型顯微鏡器具測(cè)量透明玻璃板體折射比率時(shí)，調(diào)節(jié)其光學(xué)體系至物屏之間的距離，當(dāng)由目鏡處能夠清楚地看到物屏的完整圖像時(shí)，記錄下此時(shí)光學(xué)體系所處的部位X0；將等待檢驗(yàn)的具備相應(yīng)厚度D的透明狀玻璃板置于物體遮屏和物鏡二者之間，再重新調(diào)節(jié)光學(xué)機(jī)構(gòu)的具體部位，可讓物屏產(chǎn)生的物光穿過(guò)受驗(yàn)透明狀玻璃體還有物鏡體，可由目鏡處再次完整觀看到物屏的清晰圖像，記下此時(shí)光學(xué)傳播體系所處的部位X1。受驗(yàn)玻璃物體的厚度尺寸D適于利用讀數(shù)型顯微鏡結(jié)構(gòu)予以測(cè)定。在常規(guī)的大氣溫度和大氣壓力下，空氣介質(zhì)的折射比率n0為1.0002927，依照下式受驗(yàn)物質(zhì)的折射比率n是

3 實(shí)驗(yàn)構(gòu)架介紹

實(shí)驗(yàn)構(gòu)架包括讀數(shù)型顯微鏡器具、具備長(zhǎng)型物距的物鏡、能緊密固定于物鏡之前的平面型反射光鏡、鈉光類(lèi)燈光源、遮光擋屏、長(zhǎng)方體平板型玻璃體等構(gòu)成。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員眼目的觀察準(zhǔn)確度，把遮光物屏的通光眼利用3條毛發(fā)橫貼在穿光眼之上，在其單色光線(xiàn)按照對(duì)應(yīng)角度照耀到物屏體上時(shí)，由顯微鏡結(jié)構(gòu)的目鏡里可觀看到所粘毛發(fā)的邊緣閃亮，而且產(chǎn)生衍射光環(huán)，調(diào)節(jié)其平面型反射光鏡之物屏之間的間隔距離，其衍射出的光環(huán)逐步消散，當(dāng)其衍射型光換被消掉時(shí)，其毛發(fā)絲邊緣出現(xiàn)一清晰亮光束，故其顯現(xiàn)出的靈敏度極高。

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及手段

測(cè)定平板型玻璃體折射比率可分兩個(gè)階段實(shí)施：

（1）測(cè)量玻璃板厚度數(shù)值，選取長(zhǎng)方體受驗(yàn)玻璃材料，且立置于讀數(shù)型顯微鏡結(jié)構(gòu)的承物面上，旋轉(zhuǎn)讀數(shù)型顯微鏡結(jié)構(gòu)中的焦距調(diào)節(jié)旋輪，調(diào)節(jié)光學(xué)機(jī)構(gòu)的高度水平，可由讀數(shù)型顯微鏡結(jié)構(gòu)的目鏡位置，完整觀看到玻璃板側(cè)緣的清晰圖像，調(diào)節(jié)讀數(shù)型顯微鏡結(jié)構(gòu)中的目鏡及其中的十字型交叉絲豎立線(xiàn)，讓其和受驗(yàn)玻璃體一側(cè)邊保持平行，而且和讀數(shù)型顯微鏡結(jié)構(gòu)內(nèi)的光學(xué)體系水平傳播方向保持垂直狀態(tài)。

（2）測(cè)有待測(cè)樣品和沒(méi)有待測(cè)樣品時(shí)的物鏡位置差，把讀數(shù)顯微鏡的物鏡換成長(zhǎng)物距物鏡，在物鏡前安置一個(gè)平面反射鏡，使平面反射鏡與顯微鏡光簡(jiǎn)保持45夾角，在載物臺(tái)上放置一個(gè)物屏，用鈉光燈照亮物屏，轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)顯微鏡的調(diào)焦輪、螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪以及平面反射鏡，使得在轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪時(shí)，所觀察到物屏的像不會(huì)移動(dòng)位置；把待測(cè)透明玻璃豎放在載物臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪，水平移動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，記錄從目鏡中清晰觀察到物屏像時(shí)，記錄螺旋測(cè)微系統(tǒng)上的主尺和副尺指示，以表示光學(xué)系統(tǒng)物鏡所在的位置X1。

算得n =1.5161

K9玻璃nD的標(biāo)準(zhǔn)值（對(duì)λ=589.4nm）為1.51640，測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的百分誤差為0.014%，此測(cè)量結(jié)果在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

改造的讀數(shù)顯微鏡由于把載物臺(tái)上物屏的水平物光，經(jīng)平面反射鏡反射，進(jìn)入物鏡，到達(dá)目鏡成像；通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微調(diào)節(jié)輪水平移動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)，來(lái)調(diào)節(jié)物屏的物光到過(guò)物鏡的距離，從目鏡中清晰觀察到物屏的圖像，從而實(shí)現(xiàn)利用讀數(shù)顯微鏡的水平方向螺旋測(cè)微系統(tǒng)進(jìn)行精確調(diào)焦操作。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：云南師范大學(xué)附屬中學(xué)）