CN102467846A - 介质折射率测定装置 - Google Patents

Abstract

一种介质折射率测定装置，其特征是：将要测定其折射率的介质注满在一个玻璃容器(1)内，在(1)的上口覆盖有薄透明盖板(9)，在(1)的纵向中垂面上，(9)的斜上方固定有固定板(6)，(6)上固定有一支按确定的入射角倾斜放置的激光笔(5)，当(1)中充满介质时从(5)射出的激光会通过介质的折射，在(1)的一个侧面与(1)纵向中垂面的相交线上形成折射光斑，介质不同折射光斑所处的上下位置也不同，根据折射光斑所处的深度h与介质折射率n的函数关系可计算出适当多个h值所对应的各个n值，并将这些n值标度在容器(1)的右侧面上形成透明标尺(10)，根据折射光斑在(10)上的位置可测出介质的折射率n。

Description

介质折射率测定装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种介质折射率的测定装置，尤其是适用于物理教学中光的折射演示和介质折射率测定的实验。

背景技术

[0002] 介质相对于真空（或者是空气）的折射率，叫做这种介质的绝对折射率，简称介质的折射率。折射率是物质的重要物理参数之一。利用折射率，既可反映物质对光的偏折本领，也可反过来用以鉴别物质，所以，介质折射率的测定是基础物理光学的重要内容之一。 但是，直到现在，还没有用来测定介质折射率的专用装置。物理课本中所设计的相关实验， 不仅原理和方法过于复杂，而且关键的环节要全凭目测，极易导致测量误差。

发明内容

[0003] 本发明提供了一种介质折射率的测定装置。该装置自成一体，既可在科研、生产和教学中用来测定液态和气态介质的折射率，也可以此测量结果来鉴别介质，并可在物理教学中用以演示光的折射。

[0004] 本发明需要解决的技术问题：一是光源，如何保证入射光束细而集中，并且具有较高的强度和鲜艳的颜色；二是如何使折射光线都处在同一平面上；三是如何能够将不同密度的气体介质装满容器；四是如何根据折射光斑的位置显示出不同介质的折射率。

[0005] 本发明所采用的技术方案是：1.利用红色的激光笔作为光源，既可保证入射光束细而集中，并且具有较高的强度和鲜艳的红色；2.在盛装介质容器的上部固定一块固定板，并使该固定板的一个平面（固定面）处在容器的纵向中垂面上，再将激光笔以一定的入射角（以容器的上盖板平面为界面）紧固在固定面上，可保证折射光都处于容器的纵向中垂面上；3.在介质容器的盖板上贯穿固定两支可交替使用的介质注入和排出管，两管的下端口，一个直达容器底部，一个刚刚透过上盖板，可满足盛装介质的需要；4.由于光的入射面和入射角都已确定，所以在介质注满容器的情况下，对于不同的介质，在容器的同一个侧壁，即折射光的射出面（简称折射面）上，就会有处于上下不同位置的折射光斑与之对应。 依据光的折射定律，可推导出折射光斑到界面的距离h与介质的折射率η之间的函数关系， 依此关系可作出n-h图像，据此图像即可将不同深度的h值所对应的不同介质的折射率η 直接标明在折射面上，这样即可根据折射光斑的位置直接显示出容器中介质的折射率。

[0006] 本发明的有益效果是：原理简单，操作方便，效果明显，既能够满足物理教学中相关内容课堂教学的需要，也可用于一般生产或科研中，介质折射率的测量，并且成本低廉。

附图说明

[0007] 下面结合附图，对本发明作进一步说明。

[0008] 附图是本发明的主视图。图中，1介质容器，2激光束，3注入（或排出）管，4支撑杆，5激光笔，6激光笔固定板，7标注在盖板9上的入射点，8排出（或注入）管，9薄透明盖板，10透明标尺，11激光在标尺上所形成的折射光斑，i和Y分别表示入射角与折射角。

具体实施方式

[0009] 根据不同的需要，本装置可制成大小不同的规格，现以适用于一般课堂教学的装置为例来予以说明。附图中，介质容器（1)为100X60X 180mm3(长X宽X高）的长方体玻璃缸；密封在容器（1)上的上盖板（9)为厚度为2mm的无色有机玻璃板；用以注入或排出介质的⑶和⑶为Φ6πιπι的玻璃管，且管⑶的下端口贴近容器⑴的底部，管（3)则刚刚透过上盖板（9)，（3)和（8)的上端口都高出盖板（9)约30mm;固定在容器（1)上的固定板（6)是厚度为5mm的有机玻璃板，(6)的前平面为固定面，该固定面处于容器（1)的纵向中垂面上，并固定于（9)的左上方；用作光源的激光笔（5)为能够射出极细的红色激光束的小型激光笔，(5)以其纵轴线与盖板（9)的垂直方向成某一确定角（入射角i)的方位固定于固定板（6)的固定面上；标尺（10)的标度直接标明在容器的右侧面（即折射光的射出面）上，从折射光（¾在标尺上所形成的光斑（11)的位置，可直接读出容器（1)中介质的折射率。

[0010] 标尺的标度原理及其标度方法

[0011] 设介质的折射率为n，则

[0012]

[0013] 其中i和Y分别是光线由真空（或空气）射入介质时的入射角与折射角。实验中，如果控制激光束，使入射角i为一设定值，则可设

[0014] sin i = e,

[0015] 从而就有，《 二 ^f- -PJsin γ = ^，由附图可知，sin T = r-^-j，从而有，

[0016]

[0017] 以上各式中的h是折射光斑的中心到介质界面，即到薄盖板（9)的距离，L是入射点⑵到标尺之间的距离。由于相对于不同的介质，光线在其中偏折的程度不同，所以在入射点（7)、L和入射角i确定之后，相对于容器中所盛装的每一种介质，激光在其中折射后都会在标尺（10)上形成一个与之对应的光斑。介质不同，该光斑在标尺上的上下位置也不同。这样根据每一个光斑中心所在位置的h值和（*)式中η与h的关系即可找出与该h值所对应的η值，即测知该介质的折射率。

[0018] 在实际制作装置时，是根据η与h的函数关系，直接在标尺（10)上标出了 η值。这样在实际使用时，只要看到标尺上的光斑，即可直接读出介质的折射率。

[0019] 在确定标尺的标度时，要注意几点：

[0020] ①要将薄盖板（9)所在的平面确定为标尺上h值的0刻度，并将竖直向下取为标尺h值的递增方向。因h = 0时，sin γ = 90°，所以有η = sin i = e.

[0021] ②因无论L值和入射角i怎么选取，当容器（1)中不装介质（实际上是装满空气） 时，激光都将沿直线穿过容器并在标尺上形成一个光斑，而此光斑的中心所在位置的h值 (假设该值为。所对应的折射率必定为“1”，即当h = Ill时，η = 1.[0022] ③标尺上其它各折射率的标度值，可在入射点（7)丄和入射角i确定之后，取适当多个η值，如n2 = 1.25，n3 = 1.40，n4 = 1.50，n5 = 1.66等，再根据⑷式计算出与这些 η值所对应的h值，h2、h3、h4、h5，并列出η与h的对应值表，根据此表，用描点发绘制出n-h 图像，绘制图像时，最好以D^l]为坐标原点，据此图像，可在标尺上确定出任意多个h值所对应的η值，并将这些η值标定在标尺上。

[0023] 使用方法

[0024] 先将（3)和⑶两管的上端口打开，并从其中的一个管口向容器中注入介质。注入的方法是：如果介质是密度大于空气的气体或液体，要从（8) 口注入，这样，容器中的空气可从（3)管排出；反之如果是密度小于空气的介质，则须从（3)的上端口注入，这样可使容器中原有的空气通过（8)的下端口，而从其上端口排出。对于密度小于空气的介质，要注意在介质注满容器（即整个容器中都充满介质）后，将C3)的上端口用塞栓封闭，以免介质泻出容器。然后，打开激光灯（5)，即可从折射光斑的中心在标尺（10)上所处的位置，直接读出容器（1)中介质的折射率。

Claims (6)

1. 一种适用于介质折射率的测定装置，它包括一个竖直放置的盛装介质的长方体玻璃容器、一块薄透明盖板、一支用作光源的激光笔、一块固定板、两支可交替使用的注入和排出管、能够直接读出介质折射率值的标尺，其特征在于：薄透明盖板（9)密闭于容器（1)的上口，（9)上装置有注入与排出管（3)和（8)，固定板（6)固定于（9)的斜上方，激光笔（5) 倾斜固定在（6)上，在容器（1)的一个侧面上标有刻度形成标尺（10)。

2.根据权利要求1所属的介质折射率测定装置，其特征是：两根可交替使用的介质注入与排出管（3)和（8)，都贯穿并固定在盖板（9)上，且（3)管是刚刚透过（9)，而（8)管的下端口则贴近容器（1)的底部，使用时，对于密度大于空气的液体或气体介质，需从（8)的上端口注入，使（1)中的空气从（3)排出，而对于密度小于空气的介质，则需由（3)管注入， 以使（1)中的空气由⑶管排出。

3.根据权利要求1所属的介质折射率测定装置，其特征是：固定板（6)上固定激光笔 (5)的平面要处在（1)的纵向中垂面上，且（6)要固定在（9)的斜上方。

4.根据权利要求1所属的介质折射率测定装置，其特征是：以薄盖板（9)为界面，激光笔（5)是以确定的入射角i固定在（6)上。

5.根据权利要求1所属的介质折射率测定装置，其特征是：标尺（10)直接标度在（1) 的一个侧面上，这个侧面是从(5)中所发出的所有激光经（1)中的介质折射后，其所有折射光都要由此射出（1)的射出面。

6.根据权利要求1所属的介质折射率测定装置，其特征是：标尺（10)上所有标度确定的依据是：η = -.Vl2 + h2L其中，η是（1)中所储介质的折射率，e = sin i，i为激光入射角，L是激光入射点到标尺（10)的距离，h是折射光斑的中心到介质界面，即到薄盖板（9)之间的距离。

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