牛顿环测液体的折射率.docx
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牛顿环测液体的折射率
摘要:
由牛顿发现利用用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触,用单色光照射,则出现明暗相间的单色圆环。
这种光学现象被称为“牛顿环”。
利用牛顿环的光学原理测量液体折射率,是一种十分可行的方法,本文中阐述了牛顿环的光学原理和测量蓖麻油折射率的实验原理,并研究出了具体的测量方法,最后对蓖麻油的折射率进行了测量,并得出了较为可靠地数据结果。
Englishabstract:
ByNewtonfounduseinalargeradiusofcurvatureoftheconvexlensandaflatglasscontact,withmonochromaticlightilluminate,appearwithmonochromaticlightandshadeisring.Thisopticalphenomenonisknownas\"Newtonring\".UsingtheopticalprincipleofNewton'sringsmeasuringliquidrefractiveindex,isaveryfeasiblemethod,thisarticleelaboratedtheNewtonringopticalprincipleandtheprincipleofmeasuringrefractiveindexofcastoroilexperiment,andworkedoutthespecificmeasurementmethod,finally,therefractiveindexweremeasured,castoroilanditisconcludedthatthemoredataresultsinareliableway.
关键词:
牛顿环、折射率、逐差法
Keywords:
Newton'srings,refractiveindex,bydifferentialmethod
目录
摘要6
关键词6
一、牛顿环7
(一)牛顿环简介7
(二)牛顿环原理8
二、牛顿环测量水的折射率9
(一)测量原理9
(二)实验测量方法10
(三)实验步骤10
(四)实验数据及其计算10
1、牛顿环测量空气的折射率10
2、牛顿环测量水的折射率12
3、水的折射率的计算13
三、误差分析13
四、实验结果及其结论14
五、结束语14
参考文献15
一、牛顿环
(一)牛顿环简介
17世纪初,物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时,把一个玻璃三棱镜压在一个曲率已知的透镜上,偶然发现干涉圆环,并对此进行了实验观测和研究。
他发现,用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触,用白光照射时,其接触点出现明暗相间的同心彩色圆环,用单色光照射,则出现明暗相间的单色圆环。
这是由于光的干涉造成的,这种光学现象被称为“牛顿环”。
(二)牛顿环原理
一个曲率半径相当大的平凸透镜与另一平面玻璃,如图一所示装置,在两玻璃面之间,便形成了很薄的类似劈尖的空气层。
单色光源S发出的光,经过透镜L变成一束平行光,再经倾斜45°的半透明平面镜M反射后,垂直地照射到平凸透镜的表面上。
入射光在空气薄层的上下两表面反射后,其中一部分穿过平面镜M,进入显微镜T。
在显微镜中可以观察到以O点为中心的环形干涉条纹,称为牛顿环。
图一图二
空气薄层中,任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件:
2e+λ/2=kλk=1,2,3,---
2e+λ/2=(2K+1)λ/2K=0,1,2---
图二所示:
因为:
所以:
明暗干涉条纹的半径为:
K=0,1,2---明条纹
K=0,1,2---暗条纹
二、牛顿环测量水的折射率
(一)测量原理
若在平凸透镜与平面玻璃之间充满水,其折射率为n,则牛顿环的半径变为
K=1,2,3,--- 明条纹
K=0,1,2--- 暗条纹
为了消除误差,我们具体测量两个暗环的直径,于是,
(M>N)
(M>N)
由上公式可得水的折射率为:
(二)实验测量方法
(1)测出牛顿环空气层形成的10组牛顿环的直径。
(2)我们选择水作为样品,因为水的折射率应介于空气与玻璃之间。
(3)选一玻璃器皿,并将牛顿环放入其中,再注入水,使水面刚好不没出牛顿平凸透镜上表面,同时多次震动,将内部空气挤出来。
(4)为减小实验误差,我们采用逐差法进行测量。
(三)实验步骤
1、首先使用牛顿环测量空气的折射率。
将只形成空气膜的平凸透镜与平面玻璃放到显微镜载物台上,在钠光灯照射条件下,找到牛顿环,测出显微镜左面第6、7、8、9、10、16、17、18、19、20暗条纹的左右条纹数据,右面数据同左面数据一样进行测量。
2、并将牛顿环放入其中,再注入水,使水面没出牛顿平凸透镜上表面,震动牛顿环平凸透镜与平面玻璃,使两者之间的空气被挤出去,擦干牛顿环上下表面水,放到显微镜载物台上。
3、测量水所形成的的牛顿环的相关数据,方法同牛顿环测量空气折射率的方法,读出数据,记录。
(四)实验数据及其计算
1、牛顿环测量空气的折射率
(1)牛顿环测量空气折射率的实验数据记录
表1:
牛顿环测量空气相关数据
环
左1(cm)
左2(cm)
右1(cm)
右2(cm)
20
30.575
30.445
18.580
18.498
19
30.378
30.298
18.645
18.645
18
30.235
30.150
18.975
18.795
17
30.071
29.975
19.050
18.952
16
29.907
29.835
19.188
19.125
10
28.858
28.757
20.271
20.175
9
28.654
28.543
20.468
20.377
8
28.430
28.328
20.700
20.588
7
28.210
28.095
20.931
20.808
6
27.955
27.827
21.154
21.025
(2)逐差法计算空气折射率
左1:
106.241
左2:
106.941
右1:
72.165
右2:
70.627
2、牛顿环测量水的折射率
(1)牛顿环测量水的实验数据记录
表2:
牛顿环测量水的相关数据
环
左1(cm)
左2(cm)
右1(cm)
右2(cm)
20
30.455
30.345
20.352
20.226
19
30.292
30.218
20.579
20.454
18
30.156
30.085
20.731
20.634
17
30.017
29.923
21.032
20.894
16
29.854
29.780
21.291
21.116
10
29.020
28.883
21.695
21.608
9
28.868
28.770
21.897
21.803
8
28.690
28.616
22.135
21.995
7
28.560
28.450
22.348
22.217
6
28.406
28.308
22.575
22.432
(2)逐差法测量水的折射率
左1:
85.673
左2:
86.124
右1:
56.379
右2:
57.424
3、水的折射率的计算
对多组数据求折射率
左1:
=1.240
左2:
=1.231
右1:
=1.280
右2:
=1.230
求平均值得:
1.245
三、误差分析
(一)读数误差。
在实验中,我们采用电子设备读取数据,主要的误差来源于显示仪显示条纹不是十分明显,从而在移动显微镜时叉丝不能十分分明的调到分界线;同时显微镜精确值在0.001mm,从而出现误差。
(二)实验仪器误差。
在移动显微镜叉丝时,条纹和叉丝移动不平行而产生误差。
(三)环境误差。
没有考虑温度对水的折射率的影响这一重要因素。
(四)人为误差。
实验中水应该是蒸馏水,而我们因为条件设限,只能使用自来水,明显使实验数据与真实数据不符,从而产生误差。
四、实验结果及其结论
本次实验的结果是测得水的折射率为1.245,实验结果明显偏小。
但是在选择实验仪器和选择测量方法是采用的比较合理,同时对于其他液体也进行了测量实验,发现蓖麻油在学校实验室无法使用牛顿环测量折射率,主要原因是透明度达不到,平面透镜带上找不到牛顿环;鸡蛋清是可以找到牛顿环,但是明暗相间的条纹不清晰,从而无法读数。
综上所述,在测量水的折射率的实验中水的折射率测量的还是很不错的。
牛顿环测量液体的折射率实验中,在试验方法上采用逐差法进行测量是一种很有效的方法,同时利用空气数据做比对,从而可以得到比较精准的实验数据。
总而言之,利用牛顿环测量液体的折射率是一种和合理的试验方法,在测量某种未知液体的折射率,使用牛顿环测量,数据可靠。
五、结束语
本篇论文在完成过程中,我们进行了多种液体的折射率测量,实验出现了多次的失败,在多组测量数据中,我们总结了相对比较多的经验,同时使我们对科学实验的严谨和一丝不苟有了更深层次的认识,对于我们以后走向工作有了一个深刻的启示。
随着毕业论文的完成,我的大学之旅也即将结束。
面对即将走向社会,成为一个独立自主的青年,在毕业之际,无限的感慨和留恋。
新的生活的开始并不意味着学习的结束,在我踏向社会的那一开开始,充满了新的挑战,我将继续学习,继续努力,为自己的绚烂人生努力不懈。
在此,我感谢袁海良老师的指导和帮助,在我的大学期间,袁老师在任课期间对我们严谨教学,一丝不苟,这也是他交给我们宝贵的财富。
同时也感谢我的合作伙伴马云同学,他让我明白了团结协作的重要性。
面对自己即将开始的波浪壮阔的人生,我将不懈的努力,离别遗失一个新的开始。
在此,我祝愿我的大学恩师教学有成;同时祝愿我与我同舟共济的大学同学朋友扬帆起航,拥有一个美好的未来。
参考文献:
[1]魏臻大学普通物理实验青海人民出版社1994
[2]姚启钧光学教程高等教育出版社1981
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- 牛顿 液体 折射率
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