用光速测定仪探究水的折射率

李金玉 茅方玥

（浙江海洋学院，浙江舟山 316000）

用光速测定仪探究水的折射率

李金玉 茅方玥

（浙江海洋学院，浙江舟山 316000）

用光速测定仪探究折射率是测量介质折射率的一种方法。本实验特别适合液体折射率的研究，我们以水为参考尝试测量它的折射率。

光速测定仪；折射率；水

CG-Ⅴ型光速测定仪是本实验的主要仪器，其采用频移器使入射光源出射两种以上的光频，产生的光拍能直接显示在示波器上。通过显示在示波器上的两路光程不同的拍频波关系，可以求出光速。本实验利用水介质放入其中一个光路中改变该光程从而测出水的折射率。实验的准确率较高，方法简单可以为测量各种介质的折射率提供参考，为进一步研究折射率的相关问题提供方法。当然水的折射率的测量方法中有多种，各种方法各有特色，本实验测量简洁准确值得研究［1-4］。

1　实验原理:

光速c=s/Δt=fλ，λ可以方便地测得，但光频f大约1014Hz，我们没有那样的频率计。如果使f变得很低，例如30 MHz，那么波长约为10 m。这种测量是十分方便的。这种使光频“变低”的方法就是所谓“光拍频法”，简称“光拍法”。本实验利用激光束通过声光移频器，获得具有较小频差的两束光，它们迭加则得到光拍；利用半透镜将这束光拍分成两路，见图1，测量这两路光拍到达同一空间位置的光程差（当相位差为2π时光程差等于光拍的波长λ）和光拍的频率从而测得光速。在实验中将一光路上放上待测介质如图2所示，由于光程被改变要达到原来的状态，即两光拍相位差2π，必定要移动可滑动滑块B，当两光程差又为2π时示波器上的两波行再次重合。

根据无介质和有介质时光程相同可以推得介质的折射率为:

图2　加介质的光路示意图

实验过程

调节好仪器和光线，使远光程、近光程的光斑都打在仪器的光敏面上，打开斩光器，然后移动可移动滑块B，直到示波器上两光波完全重合，如图3所示。测量并记录远光程中的e，f段数据。继续实验，在远光程中放上装满水的玻璃管，管长为l，如图4所示，此时由于光线穿过介质而发生了改变，再次调节可移动滑块B，直到两光波再次完全重合，如图3所示

图3　两路光拍重合

图4　充满水的玻璃管放在远光程

记录此时的远光程e′，f′距离。实验重复3次，并记录实验数据。

2　实验数据记录与处理

数据记录见表1。

表1　实验数据记录表

数据处理

下面计算不确定度:

同理

则有:

根据间接测量的相对不确定度的传递公式得

相对不确定度

百分差

3　结 论

本实验采用普通自来水，实验过程简单，数据准确。采用此方法可以进一步作折射率方面的研究。当然本实验有其优点也存在一定的问题，在实验中采用了长玻璃管装水介质，测量光程时误差较小。也尝试测量一块宽度约为8cm的玻璃砖的折射率，误差较大。这是因为光程是本实验的重要数据，介质的长度与实验的准确度密切相关，测量介质大相对而言误差较小。除此之外，造成实验误差的因素还有相位误差，这是由于视觉误差的存在难以从示波器上准确读取相同的相位。改进方法建议多次实验和采用精确度较高的仪器。

［1］ 竺江峰.大学物理实验教程［M］北京:中国水利水电出版社，2011.

［2］ 伍雁雄，张姝，赵璐冰，等.基础实验中光速和介质折射率测量方法的研究［J］.大学物理，2004，23 （10）:56-58.

［3］ 姚启钧.光学教程［M］北京:高等教育出版社，2003.

［4］ 邹进和，李浣欣，刘晓丽.利用牛顿环测液体的折射率［J］.大学物理实验，2000（2）:14-17.

Explore the Use of Light Meter Refractive Index of Water

LI Jin-yu，MAO Fang-yue
（Zhejiang Ocean University，Zhejiang Zhoushan 316000）

With a light meter to explore a way to measure the refractive index of the medium is the refractive index.This experiment is particularly suitable for the study of the refractive index of the liquid.We try to measure its refractive index with water as the reference.

light tester；index of refraction；water

O4-34

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.02.007

1007-2934（2015）02-0028-03

2014-07-27