劈尖法测不同液体和透明固体的折射率

程显中，唐殿皓

(东北大学，辽宁 沈阳 110004)

劈尖法测不同液体和透明固体的折射率

程显中，唐殿皓

(东北大学，辽宁 沈阳 110004)

利用劈尖等厚干涉原理，精确测定多种液体和透明固体的折射率。

折射率；劈尖；等厚干涉

测量物质的折射率一般采用光的“干涉法”，“折射法”，“椭偏法”，“掠入射法”等。介绍一种利用劈尖等厚干涉测量液体或固体的折射率的方法。

1 测量原理与实验装置

1.1 测量液体折射率

将两块平面光学玻璃一端接触在一起，另一端加一薄片或细丝，则在两平面玻璃之间形成楔形空气膜，即空气劈尖。当一束单色平行光垂直入射时，经空气劈尖上下表面反射的光在劈尖上表面相遇，产生一组与棱边平行的明暗相间的干涉条纹，且条纹间距相等，如图(1)所示[1-2]：

图1 劈尖干涉原理示意图

在劈尖厚度为dk处，两束反射光的光程差为Δ=2n空dk+λ/2,由于空气折射率n空≈1.00，则光程差为

Δ=2dk+λ/2,

在劈尖暗纹的条件是

Δ=2dk+λ/2=λ(2k+1)/ 2(k=0,1,2,3……)

所以，任意相邻暗条纹所对应的劈尖厚度之差为λ/2。

若入射光波长λ已知，只要测出暗纹的m个间距的宽度Dm就可以计算出劈尖夹角θ，

(1)

(2)

联立(1)，(2)即得液体的折射率为:

1.2 测量透明固体折射率

将固体一端打磨成光学表面形成“固体劈尖”，然后用一块光学玻璃与其组成“空气劈尖”，如图(2)所示：

图2 测量固体折射率示意图

利用空气劈尖干涉原理，测出劈尖夹角θ

2 实验结果

以水为例，用读数显微镜测“水劈尖”的折射率。

表1 测量空气劈尖m=8条纹间距

表2 测量水劈尖m=8条纹间距

3 实验优点

劈尖法测量物体的折射率优点很多主要如下：

(1)采用光学方法测量，精确度较高。

(2)操作方便简单所需器材皆为实验室常见仪器。

(3)测量对象较多，可以充实实验内容，拓展知识面，值得在高校大学物理实验课中推广。

[1] 吴泳华，霍剑青，熊永江.大学物理实验[M].北京：高等教育出版社,2001.

[2] 张旭峰，王志斌，王秉仁．大学物理实验[M].北京：机械工业出版社,2003.

[3] 陈代兵，张佳伟，等.利用劈尖的等厚干涉测量液体的折射率[J].大学物理实验，2016(5)：82-84.

[4] 崔振杰，张斯琪，等.一种基于分光计测量透明液体折射率的新方法[J].大学物理实验，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