利用光速测定仪测定不同浓度NaCl溶液的折射率

郑炳雯,李镇涛,李金玉

(浙江海洋学院,浙江舟山 316000)

利用光速测定仪测定不同浓度NaCl溶液的折射率

郑炳雯,李镇涛,李金玉∗

(浙江海洋学院,浙江舟山 316000)

本实验应用现有的CG-V型光速测定仪,通过对其光路进行改变来测量不同浓度NaCl溶液的折射率,并利用计算机软件(Excel)对实验的测量数据进行分析处理,探究了NaCl溶液折射率与浓度的定量关系。

折射率;浓度;光速测定仪

折射率是介质的一个重要的物理参数,液体折射率的光学测量方法有很多种,常用的有干涉法(牛顿环)、测角法和V型棱镜法。本实验采用CG-V型光速测定仪测量具有快速、准确的特点。文章中利用该仪器探求NaCl溶液折射率与浓度的定量关系。通过折射率与浓度的确定关系有助于对该物质的光学性质有更进一步的了解。文章中采用了光拍法,实验中通过改变光速测定仪的光路,以达到测量透明介质折射率的目的。

1 实验原理

图1 折射率测量装置

2 方案设计

2.1 仪器用具

CG-V型光速测定仪、示波器、卷尺、不同浓度NaCl溶液、计算机。

2.2 方法步骤

(1)用NaCl和自来水,使用精确度为0.001 g的电子天平,配制质量百分比浓度分别为1.0%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%5种不同浓度的NaCl溶液。

(2)调节好光速测定仪,将可移动滑块A固定在轨道的最右端,滑块B从最右端开始沿轨道移动,使近光程和远光程的两列波完全重合,如上图1所示。用卷尺测量出a和b的长度,记录在表格里,把沿光路方向长度为l的装有溶液的玻璃管水平的置于一路导轨上,将滑块B再次从最右端开始沿轨道滑动,使两列波完全重合。用卷尺测量出a′和b′,记录在表格里。重复3次,记录数据。

(3)使用5.0%、10.0%、15.0%、20.0%浓度的NaCl溶液分别重复步骤(2),记录每种浓度溶液分别对应的数据。

图2 示波器显示图形

3 数据与处理

3.1 数据记录

测量数据见表1。

表1 数据表格

玻璃管长度L=0.501m

当NaCl浓度为1%时:

表2为不同浓度NaCl溶液的折射率和百分差统计表

表2 NaCl溶液的折射率和百分差统计表

3.2 数据处理

由以上数据计算得浓度为 1.0%、5. 0%、10.0%、15.0%、20.0%的溶液折射率分别为作散点图得:

图3 不同浓度Nacl溶液的折射率

由散点图可以发现不同浓度NaCl溶液的折射率与浓度近似成线性关系,由Excel生成该趋势线的直线方程为:

y=0.248 6x+1.327 8即NaCl溶液折射率与浓度的等量关系为:

n=0.248 6c+1.327 8(c为NaCl的浓度)

4 实验结果与分析

实验结果看出不同百分比NaCl溶液的折射率与浓度近似成线性关系,且浓度越大折射率越大。实验误差分析:第一,配制溶液所用NaCl固体纯度及所用称量仪器精度和NaCl固体溶解是否充分造成的误差。第二,卷尺的准确度和读数误差,本实验采用卷尺进行长度测量,卷尺本身的准确度会有一定的误差。此外,由于读数时需测量两点间的距离,点位置受到限制,无法准确地读取卷尺的读数。且需要估读一位,这也会引起误差;第三,在实验过程中,光实际上是在折射率大于1的空气中传播,因此会产生误差;第四,难以精确判断示波器上的波形完全重合。第五,照准误差,下列因素会引起照准误差:首先,发射管不是理想中的“点”光源,它应被看作是面光源。在这个面上的每一点发出的光的速度并不相同,实际上发射的是“群速”。其次,光电接收管也有这种情况,因此每一点上的光电转换时延不同[2-4]。

5 结 论

文章中讨论了利用CG-V型光速测定仪采用光拍法测量NaCl溶液的折射率。通过以上所述的实验方法、实验结果、误差分析和目前广泛采用的分光计法相比,该方法具有操作简单、方便快捷等优点,能粗略计算NaCl溶液的折射率但存在较大误差,但仍需要进行更好的改进,更快地测出介质的折射率。

[1] 李远琴,杨永安.用光速测量仪测量玻璃的折射率[J].楚雄师范学院学报,2008(9):41-45.

[2] 黄志贝,傅方聪,芦立娟.用光速测量仪探究蔗糖溶液折射率与浓度的关系[J].大学物理实验,2011 (10):1-3.

[3] 竺江峰,芦立娟,鲁晓东.大学物理实验[M].中国水利水电出版社,2011(9):238-245.

[4] 陈泉霖,许孟强,芦立娟.用光速测量仪探究纯碱溶液与浓度的关系[J].大学物理实验,2013(5): 23-25.

Use of Light Tester M easure the Refractive Index of Different Concentrations of NaCl Solution

ZHENG Bing-wen,LIZhen-tao,LIJin-yu
(Zhejiang Ocean University,Zhejiang Zhoushan 316000)

The use of existing CG-V type of light detector,bymaking changes to its optical path tomeasure the refractive index of different concentrations of NaCl solution,and using computer software(Excel)experimental measurement data analysis and processing,explores the NaCl solution quantitative relationship between the refractive index and density.

refractive index;concentration;the speed of light detector

O 4-34

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.006.005

1007-2934(2015)06-0014-04

2015-04-14