阿贝折射仪测液体折射率
折射率是物质的重要光学常数之一，能借以了解物质的光学性能、纯度、及浓度大小等。在分光计的使用实验中将给出固体（玻璃）折射率的测定方法，本实验采用阿贝折射计测定液体折射率。 实 验 目 的
(1) 学习用掠入射法测量液体折射率的原理； (2) 了解阿贝折射计的结构和工作原理，学会使用该仪器测量液体的折射率。 实 验 仪 器
阿贝折射计，滴管，蒸馏水，无水酒精，少许脱脂棉，待测液体（水）。 实 验 原 理
光线从光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角。逐渐加大入射角，可使折射角达到90?。折射角等于90?时的入射角称为临界角。反过来，若光线自光疏介质进入光密介质，入射角大于折射角。当光线以90?角入射(掠射)时仍有光线进入光密介质，此时的折射角亦为
1? 临界角。本实验测量折射率的原理及阿贝折射图2.1
计的工作原理，就是基于测定全反射临界角的2?原理。
1.掠入射法测量液体的折射率
如图2.1所示，在一折射棱镜的AB面上充满了折射率为 n的液体，棱镜的折射率N?n。若以单色的扩展光源照射分界面AB时，从图2.1可看出：入射角为90?的光线1将掠射到AB界面而折射进入三棱镜内。显然，光线1经折射面AB后的折射角i?正如发生全反射时的临界角，因而满足
sini??n （2.1） N当掠入射光线1经折射到AＣ面再经折射而进入空气时，设在AC面上的入射角为ψ，折射角为φ，则有
sin??Nsin? （2.2）
除掠入射光线1外，其它光线如光线2在AB面上的入射角均小于90?，因此经三棱镜折射，最后从AC面折射进入空气时，都在光线1?的左侧。由于入射角i不可能比90?大，因而在三棱镜内不可能出现比临界角i?大的光线，即AC 面上出射的光线中，没有比?角小的折射光线，故称?为极限角。当用望远镜对准AC 面观察时，视场中将看到明暗两部分，其分界线就是i?90?的掠入射引起的极限角方向。
由图2.1中的光路图可知：三棱镜的棱镜角A与角i?及角ψ有如下关系： A?i???，
即 i??A??。 （2.3）
应用式（2.3），并从式（2.1）和式（2.2）中消去i?和ψ后可得
n?sinAN2?sin2??cosAsin? （2.4） 如果棱镜角A?900，则
n?N2?sin2? （2.5） 因此，当直角三棱镜的折射率N为已知时，测出?角后即可计算出待测液体的折射率n。上述测定折射率的方法即为掠入射法。
2.阿贝折射计的测量原理及仪器结构 阿贝折射计是测量透明、半透明液体或固体折射率的常用仪器。国产的WYA型阿贝计的测量范围为1.3000?1.7000（精度为±0.0002）。若该仪器接上恒温器，则可测定温度为0℃?70℃内的折射率n。
阿贝折射仪也是根据全反射原理设计的。它有两种工作方式，即透射式和反射式。本实验只要求采用透射式方法测
量透明液体的折射率。透射式测量光路如图2.2所示。
将折射率为n的待测液体放置在折射率为N的折射棱镜的AB面上，其棱角为A，并将进光棱镜盖上，则液体将
图 2.2
充满AB面与A?B?面之间隙，并用光源照明之。如果n?N，
与图1.1相同，入射到AB面上的光线，经棱镜ABC两次折射后，由AC面射出的光束， 在望远镜视场中将看到半明半暗的视场，明暗分界线就对应于掠面入射光束。测出AC面上相应的临界角?，即可应用（2.4）式计算求出待测的n值。因阿贝折射计是用望远镜观察和进行角度测量的一种直读式仪器，所以仪器中直接刻有与?角对应的折射率值。故不需要任何计算，可直接从调节的明暗分界现象，直接读出分界线对应的折射率值。
应用阿贝计测量n值时，无论采用透射光或反射光，式(1.3)都成立。反射式测量用于测量固体（透明或半透明）物质的折射率，测量方法不再介绍。 实 验 方 法
(1) 校准阿贝折射计
用蒸馏水校准，打开进光棱镜，用脱脂棉沾一些乙醚、酒精的混合液（4:1）将镜面轻擦干净，然后用滴管在镜面上滴几滴蒸馏水（其折射率标准值20℃时为1.3330），调手轮，使读数恰为1.3330，再从望远镜目镜中看叉丝交线是否与黑白分界线重合。校正完毕后，再进行测定。测定的过程中不允许随意再动此部位。
(2) 测量水的折射率。要求重复读数5次，求出待测n的平均值。 次数 1 2 3 4 n 计算出误差?n
(3) 按照上述方法，测量另一种液体的折射率。
5
平均值
次数 1 2 3 4 5 平均值 n
N?n??n 注 意 事 项
(1) 每次测量前必须按照步骤1的方法对镜面进行清洁，清洗后必须待晾干
才能再加入被测液体。
(2) 任何物质的折射率都与测量时的温度和使用的光波波长有关。本仪器是在消除色散的情况下测得的折射率，其对应光波波长??589.3nm。如不需要测量不同温度时的折射率，测定可在室温下进行。
(3) 实验完毕，必须用步骤1的方法清洗棱镜面。 思 考 题
(1) 入射法测量液体折射率的理论根据是什么？ (2) 如果待测液体折射率n大于折射棱镜的折射率N，能否用阿贝折射计来测
量？为什么？
