测量物质折射率的方法(光学介质中折射率的几种测量方法)

1.光学介质中折射率的几种测量方法

一、视深法

原理：利用视深公式

方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方插一根针，如图4-1所示.调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面距离即为杯中水的视深 ，再测出水的实际深度h，则水的折射率。

二、全反射法

原理：全反射现象.

方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图5-1所示.在水面上观察，看到一圆的发光面，量出发光面直径D及水深h，则水的折射率。

折射率，光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比率。材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。折射率越高，镜片越薄，即镜片中心厚度相同，相同度数同种材料，折射率高的比折射率低的镜片边缘更薄。折射率与介质的电磁性质密切相关。根据经典电磁理论，εr和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与频率有关，称色散现象。光由相对光密介质射向相对光疏介质，且入射角大于临界角，即可发生全反射。

2.如何测量固体的折射率

可以用自准直法。

光线通过位于物镜焦平面的分划板后，经物镜形成平行光。平行光被垂直于光轴的反射镜反射回来，再通过物镜后在焦平面上形成分划板标线像与标线重合。当反射镜倾斜一个微小角度α角时，反射回来的光束就倾斜2α角。

在测角仪上也可采用自准直法测量材料的折射率，光线在棱镜前表面的入射角为i，如果折射光线OC刚好垂直于棱镜后表面BD，则反射后的光路COS与入射光路SOC重合，称为自准直光路。由几何关系知道，此时光线在前表面的折射角i与棱镜顶角θ 相等，因此根据折射定律n=sini/sinθ，测出i和θ，即可求得n。

3.不透明介质折射率的测量方法

1.利用折射定律测定液体的折射率

所需器材：（1）一根标有刻度的毫米刻度尺，（2）装满待测透明液体的圆柱形玻璃杯。方法如下：

(1)将直尺AB紧挨着杯壁竖直插入杯中，如图1所示，在刻度尺的对面观察液面，能同时看到刻度尺在液体中的部分和露出液面的部分；

(2)调整视线，直到眼睛从杯子的边缘D往下看时，刻度尺上端某刻度A经液面反射后形成的像与看到的刻度尺在液体中的某刻度B重合；

(3)读出O、A、B、C四处所对应的刻度值；

(4)量出玻璃杯的直径d

(5)根据几何关系可知：，

2.应用全反射测定液体的折射率

用一个圆形软木塞，在其中心处竖直地倒插一枚大头针，使其漂浮在待测液体中，如图2所示，调整大头针的插入深度，使观察者在液体的上方任一位置恰好都看不到大头针的顶部S，此时，从S发出的光线，在木塞边缘的液体处恰好发生了全反射。此时的入射角∠1即为该液体发生全反射的临界角。测出木塞的半径r和大头针顶部的深度h，则有，，

故液体的折射率：

3.用插针法测定半圆形玻璃砖的折射率

用插针法测定半圆形玻璃砖的折射率，与用插针法测定方形玻璃砖的折射率的方法基本相同。如图3甲所示，将半圆形玻璃砖放在白纸上，记下直径的位置MN,MN即为界面。竖直插下大头针P1和P2，使P1和P2的延长线玻璃的圆心O。在玻璃的另一侧竖直插下大头针P3和P4，使P3挡住通过玻璃砖观察到的P2和P1的像，使P4挡住 P3的像。移去玻璃砖，连接P1. P2及P3. P4，用量角器测出它们与法线的夹角i和，由折射定律可知，该玻璃砖的折射率：

若实验器材中未给出量角器的情况下，可以用单位圆作图来计算折射率。方法如下：以入射点O为圆心，以单位长度为半径画一个圆，如图3乙所示，该圆与入射光线AO和折射光线OB分别交于P和Q点。分别过P点和Q点作法线的垂线和，则：

4.利用全反射测定半圆形玻璃砖的折射率

将半圆形玻璃砖放在白纸上，记下直径的位置MN,MN即为界面。竖直插下大头针P1和P2，使P1和P2的延长线玻璃的圆心O。以O为轴缓慢转动玻璃砖，使观察者在另一侧的任何位置都不能同时观察到P2和P1的像，此时过P2和P1的光线AO在界面MN上发生了全反射，此时的入射角即为全反射的临界角C，如图4所示。固定玻璃砖，在玻璃砖的同侧的另一方向竖直插下大头针P3和P4，使P3挡住通过玻璃砖观察到的P2和P1的像，使P4挡住 P3的像。过大头针P3和P4的光线BO，即为AO的反射光线。测出∠AOB，∠AOB为临界角的两倍，则玻璃砖的折射率：

5.利用小角度近似测定透明液体的折射率

将光线从空气射入装有透明液体的水槽中，如图5所示，光线从A点进入透明液体中，然后折射到达水槽底部角落的C点。然后将液体排干，光线将沿直线射到水槽的边缘的B点。