● 摘要
折射率是物质的重要光学参数之一,它不但能够反应物质的特性还是物质鉴定的重要依据,可使人们了解光学玻璃、光纤、液晶、薄膜等材料的光学性能,在工农业生产中发挥着重要的作用。液体的折射率是研究液体光学特性的重要参数之一,在现实生产中,经常根据液体折射率的变化来判断溶液成分的含量以及浓度的变化,对其测量方法的研究在化工、生物、医药、食品、石油等领域以及高校实验教学改革中有着重要意义。
目前关于液体折射率的研究主要有两方面内容:一个是研究液体折射率的测量方法,另一个是探究液体折射率与环境因素的关系。在这两个内容中,对测量方法的研究目前已经趋于成熟,而对后者的深入研究相对比较少。
测量液体折射率常用的方法主要有两类,一是几何光学法,就是基于折射定律、反射定律以及全反射定律,通过准确测量角度来求折射率,如最小偏角法、掠入射法、全反射法等。另一类是波动光学法,利用光通过介质后,透射光的相位变化来测量液体的折射率,如干涉法、衍射法等。
液体折射率的每种测量方法都有各自的优点和局限性,本文提出了一种基于迈克耳孙干涉仪测量液体折射率的方法,实验结果表明利用该方法测量液体折射率时,物理思路清晰,测量的精度有明显提高。迈克耳孙干涉仪是物理实验室中常用的光学仪器,对于该仪器的研究及其应用功能的扩展,对于培养学生的创新思维能力、实践能力以及提高实验教学质量和提升实验课人才培养水平都有积极意义。
本文的主要内容:
1. 综述了测量液体折射率常用的几种方法,分析了实验原理和实验装置,并对各种测量方法的优缺点进行了讨论。
2. 分析讨论了迈克耳孙干涉仪的测量原理,并对其功能进行了扩展,在传统的迈克耳孙干涉仪上,设计了一个新的实验附加装置,该装置可使迈克耳孙干涉仪上的动镜能够在装满待测液体的玻璃容器内前后移动。在测量干涉条纹变化的数目时,用计数器代替传统的人眼观测计数法,有效提高了实验测量的准确性。
3. 用改进的实验装置,对甲醇和蒸馏水进行了测量,将数据处理结果与其标准值进行了对比分析,结果表明用该方法测液体折射率可获得相对较高的精度。
4. 在设计的实验装置里,添加了水银温度计,探究了蒸馏水的折射率随温度的变化关系。
本文研究的主要结论:
1.本文提出了基于迈克耳孙干涉仪测量液体折射率的一种新方法。用该方法对甲醇和蒸馏水的折射率进行了测量,结果表明该测量方法物理思路清晰、操作简、重复性好、测量精度高。该方法对于液体折射率的研究和高等学校实验教学改革以及提高实验教学质量等方面都有积极的借鉴意义。
2.论文研究了液体折射率受温度影响变化的关系,选择了蒸馏水为研究对象,对其实验数据拟合得到了折射率随温度变化的线性关系,进而求出了蒸馏水的折射率随温度变化的经验公式,这对于研究液体折射率随环境温度变化规律有重要意义。
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