偏振光旋光实验报告.docx
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偏振光旋光实验报告
偏振光旋光实验报告
篇一:
旋光效应实验报告“旋光效应”实验课教案一、背景知识1911年,阿喇果(D.F.JArago)发现,当线偏振光通过某些透明物质时,它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。
这种现象就叫旋光效应,光的振动面转过的角度称为旋光度,使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质(进一步地,迎着光的传播方向看,使光的振动面顺时针转动的物质叫右旋物质,反之则为左旋物质)。
常见的旋光物质有:
石英、朱砂、酒石酸、食糖溶液、松节油等。
利用旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。
二、实验目的1、了解旋光仪设计原理。
2、学会用旋光仪测糖溶液的旋光率及浓度。
三、教学方式教师讲解与教学互动相结合。
旋光效应和牛顿环实验的讲解各占15分钟左右,剩余的120分钟学生独立做这两个实验,详细记录实验数据;课后认真独立完成和提交实验报告。
四、实验器材旋光仪,已知浓度的糖溶液样品三管,未知浓度的糖溶液一管。
五、实验原理对于晶体一类的旋光物质,旋光度Q与光所透过的晶体厚度成正比;若为溶液,则正比于溶液在玻璃管中的长度L和溶液的浓度C:
Q=αCL.
(1)式中的比例系数α称为旋光率,其含义为当L=10cm,c=1g/cm3时光振动方向转过的角度(对糖溶液而言,α与入射光波长λ及温度T有关,对某些物质还与物质的浓度有关)。
实验采用钠灯作为光源,实验过程中通常温度变化很小,可以忽略。
玻璃管长度L已知,转角Q需要测量出来,这样,根据已知浓度C即可算出旋光率α,再根据已知的α即可测定未知糖溶液浓度C。
本实验采用的仪器为旋光仪,它的主要结构如图1所示。
其中,起偏镜4和检偏镜7由透明的尼科耳棱镜制成;钠黄光经聚光镜3和起偏镜4后成为与尼科耳棱镜透振方向平行的线偏振光。
半影片5两侧是透明玻璃,中间为由石英制成的对钠黄光的λ/2波片,三者粘在一起形成平面圆片(如图2所示),以产生三分视场(石英片两侧配以一定厚度的玻璃片,目的之一是为补偿因石英片吸收引起的光强差别)。
于是,线偏振光分别经石英晶体和两侧玻璃后成为夹角为2θ(θ为λ/2波片的快轴与起偏镜透振方向之间的夹角)的两束线偏振光,如图3中P石英和P玻璃所示。
在未放入糖溶液试管情况下,随着检偏器的转动,目镜中将看到的三分视场的变化如图3所示,(a):
中部暗、两侧较亮,视场分界线清晰;(b):
三分视场的界线消失,全视场为很暗的黄色;(c):
中部较亮、两侧很暗,视场分界线清晰;(d):
三分视场的界线消失,整个视场呈亮黄色。
由于人眼判断两个区域的暗度是否相同比判断亮度是否相同要灵敏得多。
因此,在未放入待测物质时,应将检偏器透光方向转向图3(b)中“P检”所示位置,并记下该位置所对应的刻度盘零位读数。
将糖溶液试管放入试管筒。
此时,由半影片出射的两束线偏振光的夹角虽然仍为2θ,但通过糖溶液后它们的振动面都沿同一方向转过了相同的角度Q。
于是转动检偏镜使视场再次回到图3(b)所示的状况,则检偏镜所转过的角度Q即为被测糖溶液的旋光度。
六、实验步骤1、打开电源,使钠灯预热5分钟。
2、调节并记录未放入待测物质时的零位读数。
调节望远镜调焦手轮,使三分视场清晰。
转动度盘手轮,当三分视场刚消失且整个视场变为较暗的黄色时,看度盘和游标是否在零线上;若不一致,应分别记录两边的初始值,并在测量结果中刨去该初始值。
3、依次选取三支不同长度的、注满已知浓度的糖溶液试管放入旋光仪测试管内,测定溶液的旋光度,并计算旋光率。
每支试管各作三次测量(取平均),每次测量都须记录左右游标读数。
4、利用测得的旋光率α测量未知糖溶液浓度。
将未知浓度的糖溶液试管放入旋光仪中,测旋光度三次取平均值。
5、关闭电源,整理好仪器。
七、思考题1、旋光度的大小与哪些因素有关?
2、半影片作用是什么?
半影片中石英两侧的玻璃的厚度有无要求?
为什么?
3、旋光仪中若不使用半影片测量能否进行?
两者结果有无差别?
4、为什么要选择亮度相等的暗视场进行读数?
5、根据你的测量结果,能否判断被测糖溶液是左旋物质还是右旋物质?
篇二:
大学物理实验报告旋光物质溶液浓度测量山东理工大学物理实验报告实验名称旋光物质溶液浓度测量姓名学号061219876时间代码14256实验序号19院系大一工作部专业理工级.班教师签名实验目的1加深对偏振光的使用。
2掌握旋光仪的结构原理学会用旋光仪测定旋光物质的浓度。
实验报告内容原理预习、操作步骤、数据处理、误差分析、思考题解答实验原理线偏振光通过旋光性物质后其振动面发生偏转。
振动面旋转的角度φ与光所透过的晶体厚度成正比若为溶液则正比于液柱的长度和溶液的浓度。
此外旋转角还与入射光波长及溶液的温度有关。
如果当光的波长和溶液的温度一定时偏振光透过溶液后其振动面旋转的角度φ为Clt式中C为溶液的浓度通常用100ml溶液中含溶质的克数为单位l是光所透过的溶液的厚度以dm为单位t则是溶液对波长λ的光在温度t时的旋光率在数值上等于通过单位厚度、单位浓度的溶液所产生的旋转角。
操作步骤1接通电源点亮钠光灯。
2测定旋光仪的零点。
调节物目镜组使之三分视场分界线清晰然后转动检偏器在暗视场条件下使三个区域亮度相同记录左右刻盘上的读数于数据表中重复3次求其平均值作为旋光仪的零点位置θ0。
3放入装有已知浓度的葡萄糖溶液的试管重新调节物目镜组使三分视场分界线清晰然后转动检偏器使三分域亮度再次相同记录刻度盘读数θ1于数据表中重复测量3次取平均值。
由θ1-θ0即得线偏振光振动面的旋转角φ1已知试管长度物理实验中心实验名称姓名时间代码预习分课堂分报告分总成绩l10cm求出溶液的旋光率t。
4把未知浓度的葡萄糖溶液的试管置于镜筒盒内用同样的方法测定旋转角θ2将数据记录于数据表中重复3次取平均值。
用已测旋光率计算未知溶液含糖的百分率。
数据处理1已知短试管长度l11dm溶液浓度为0050根据测量数据求出溶液的旋光率t。
2已知长试管长度l22dm根据测量数据求出溶液的浓度。
数据表次数θ0/oθ1/oθ2/oφ1/oφ2/o左右左右左右θ1-θ0θ2-θ01145.60145.65170.60170.70150.45150.5025.0254.852140.60140.65165.30165.45157.90157.9524.7517.303154.30154.45182.40182.50163.20163.3028.0758.875平均值25.9510.341旋光率dmdmlc/9.5115.095.251112长试管中溶液的浓度0022296.929.5134.10dmlc思考题1旋光角的大小与那些因素有关答对于晶体的旋光物质振动面旋转的角度φ与光所透过的晶体厚度成正比若为溶液则正比于液柱的长度和溶液的浓度。
此外旋转角还与入射光波长及溶液的温度有关。
物理实验中心实验名称姓名时间代码2半波片的作用是什么答半波片的作用是使视场产生对比观察者能容易地找到均匀暗视场提高了观察者判断视场的准确度。
测试题1怎样知道检偏器A是处在和OC垂直的位置还是处在和OC平行的位置答当视场为均匀暗视场状态时说明A处在和OC垂直位置当视场为均匀亮视场状态时说明A处在和OC平行位置。
2为何要选择亮度相等的暗视场进行读数答因为选择亮度相等的暗视场进行读数可以提测量的准确度。
物理实验中心实验名称姓名时间代码物理实验中心篇三:
法拉第旋光效应实验报告法拉第旋光效应实验报告一.实验目的:
1.了解和掌握法拉第效应的原理;2.了解和掌握法拉第效应的实验装置结构及实验原理;3.测量法拉第效应偏振面旋转角?
与外加磁场电流I的关系曲线。
二.实验仪器:
LED发光二极管(或白光光源和滤波片),偏振片,透镜,直流励磁电源,导轨,偏振片,集成霍尔元件,稳压电源等。
三.实验原理和操作步骤:
天然旋光现象。
当线偏振光通过某些透明物质(如石英、糖溶液、酒石酸溶液等)后.其振动面将以光的传播方向为轴旋转一定的角度,这种现象称为旋光现象。
1811年阿拉果首先发现石英有旋光现象,以后毕奥(J.B.Biot)和其他人又发现许多有机液体和有机物溶液也具有旋光现象。
凡能使线偏振光振动面发生旋转的物质称为旋光物质,或称该物质具有旋光性。
图3.1石英的旋光现象如图3.1所示,1P和2P分别为起偏器和检偏器(正交)。
显然,在没有旋光物质时,2P后面的视场是暗的。
当在1P和2P之间加入旋光物质后2P后的视场将变亮,将2P旋转某一角度后,视场又将变暗。
这说明线偏振光透过旋光物质后仍然是线偏振光,只是其振动面旋转了一个角度。
振动面旋转的角度称为旋光度,用?
表示。
线偏振光通过旋光晶体时,旋光度?
和晶体厚度d成正比,即dα?
=(3.1)式中,α是比例系数,与旋光晶体的性质、温度以及光的频率有关,称为该晶体的旋光率。
不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面向不同的方向旋转.人们对旋光方向作下述约定:
迎着光传播方向观察,若出射光振动面相对于入射光扳动面沿顺时针方向旋转为右旋;沿逆时针方向旋转称为左旋.在图3.1中,若在1P前加一个白色光源,由于不同波长的光旋转角度不同,因此到达2P时有一部分光能透过去,有些光透不过去,有些能部分透过去,所以2P后的视场是彩色的,旋转2P其法拉第旋光效应25色彩会发生变化,这种现象叫做旋光色散。
2.旋光现象的菲涅耳解释。
菲涅耳提出了一种唯象理论来解释物质的旋光性质。
线偏振光可以分解为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
左旋圆偏振光和右旋圆偏振光以相同的角速度沿相反方向旋转,它们合成为在一直线上振动的线偏振光。
在旋光物质中左旋圆偏振光和右旋圆偏振光传播的相速度不相同。
假定右旋圆偏振光在某旋光物质中传播速度比左旋圆偏振光的速度快,在旋光物质出射面处观察,于右旋圆偏振光速度快,因此右旋圆偏振光振幅旋转过的角度较大,在出射面处,两圆偏光合成的线偏振光PE的振动方向比起原来(进入旋光物质前)的振动方向0PE来,顺时针方向转过角度θ,这就是右旋。
当材料中左旋圆偏振光的相速度较大时.就是左旋光材料。
3.磁致旋光。
前面介绍的是物质的天然旋光性,实际上,有些物质本身不具有旋光性,但在磁场作用下就有旋光性了,就是前面介绍的法拉第旋光效应,也叫磁致旋光效应。
磁致旋光中振动面的旋转角?
和样品长度L及磁感应强度B成正比,即有VLB=?
(3.2)式中V是—个与物质的性质、光的频率有关的常数,称为维尔德(Verdet)常数。
某些物质的维尔德磁致旋光也有左右之分.我们规定:
当光的传播方向和磁场方向平行时迎着光的方向观察,光的振动面向左旋转(逆时针),则维尔德常数为正。
旋光现象的唯象解释近代物理实验讲义4.磁致旋光的经典唯象解释。
可以用唯象模型来说明磁致旋光效应。
电子在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的电场作用下作左旋和右旋圆周运动,电子运动平面与磁场垂直。
电子在磁场中受到洛仑兹力,其方向向着电子轨道中心或背着轨道中心,视速度的方向而定注意:
电子本身带负电荷。
在洛仑兹力向着轨道中心的情况中,电子受到的向心力增加,电子旋转速率增大。
在洛仑兹力背向轨道中心的情况中,电子旋转变慢。
电子旋转快慢的变化影响了圆偏振光电场矢量旋转角速度。
当光从磁光媒质出射时重新合成线偏振光。
由于在媒质中左旋和右旋的速率不同,合成偏振光的振动面转过了一个角度。
从图上可以看出,电子旋转速率变化只决定于磁场方向与电子旋转方向,而与光的传播方向无关。
值得注意的是,天然旋光的旋转方向与光的传播方向有关,而磁致旋光的旋转方向与光的传播方向无关,而决定于外加磁场的方向。
如图3.5所示,若将出射光再反射回晶体,则通过天然旋光晶体的线偏光沿原路返回后振动面将回复原位,而通过磁致旋光晶体的线偏光将继续旋光,其振动面与原振动面夹角更大。
磁致旋转现象是由于外磁场存在时物质的原子或分子中的电子进动而引起的。
这种进动的结果,使物体对顺时针与逆时针的圆偏振光产生不同的折射率。
因此方向不同的圆偏振光的传播速度不同,引起了振动面的旋转。
四.实验数据处理与讨论:
1.B-I表格B-I曲线图:
经线性拟合得:
B=0.04I。
2.?
-B表格?
-B曲线图经线性拟合可得:
蓝光:
?
=1.75B;绿光:
?
=4.36B;红光:
?
=5.67B。
且光的波长越小,曲线越倾斜。
3.维尔德常数由公式可得:
V=?
/LB。
又L=3cm,则蓝光:
V=0.583(rad/mT)绿光:
V=1.453(rad/mT)红光:
V=1.890(rad/mT)可知:
波长越小,维尔德常数越小;波长越大,维尔德常数越大。
4.由测量得的维尔德常数计算出的电子的荷质比分别为:
蓝光:
0.809?
1011C/kg,绿光:
2.145?
1011C/kg,红光:
5.084?
1011C/kg。
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