劉文瓊

關(guān)鍵詞：折射率儀；折射率

? 一、引言

折射率是物質(zhì)的重要光學(xué)常數(shù)之一，在科研和生產(chǎn)實(shí)際中常需要測量它，借以了解物質(zhì)的光學(xué)性能、純度、及濃度大小等。

目前我們實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)中測量物質(zhì)折射率時(shí)一般是利用分光計(jì)或阿貝折射計(jì)。這種方法原理復(fù)雜，折射率與角度線性關(guān)系不夠好，計(jì)算繁瑣，帶來誤差較大，且實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)節(jié)很麻煩費(fèi)時(shí)，一般不能從儀器上直接讀出物質(zhì)的折射率，儀器也較貴，比較笨重，攜帶不便。

? 二、折射率測量儀的設(shè)計(jì)研究

? 1.液體折射率測量儀的設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)方法：

液體折射率測量儀設(shè)計(jì)成可以漂浮在水面上，如圖1所示，AB線、AB1線為事先刻畫出在測量儀面板上，CB為可以轉(zhuǎn)動(dòng)的細(xì)桿，入射光線AB段長度=R2。折射光線BC段長度=R1。設(shè)計(jì)成R1=R2=R，B1B長度=2r時(shí)，根據(jù)折射率公式可得

折射率n=sinα/sinβ=（x/R）/（r/R）=x/r.

測量時(shí)要求入射光線或折射光線（光線從空氣中射入待測液體中時(shí)）與AB線重合，x位置處標(biāo)注有上述折射率公式計(jì)算出的折射率數(shù)值和刻度。

（2）使用說明：

測量時(shí)，將裝置浮于待測液體上，轉(zhuǎn)動(dòng)桿CB，使得液體中折射光線與測量板上的AB線重合，此時(shí)所指的刻度線對應(yīng)的數(shù)值即為液體的折射率。

該儀器適用于待測液體量多，但不需取量的條件下，可直接將裝置放置在液體中開啟激光源，轉(zhuǎn)動(dòng)桿到合適位置，待儀器穩(wěn)定后即可讀數(shù)。

? 2.平板式固體折射率測量儀的設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)方法：

其設(shè)計(jì)原理與液體折射率測量裝置相同。如圖2所示，該測量儀設(shè)計(jì)為一塊不透明薄板，圖中標(biāo)示的AB，A1B1分別為可繞A點(diǎn)、A1點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的在薄板底部的細(xì)桿，其上豎有a、b、c、d四根細(xì)針，用于測量時(shí)相互對準(zhǔn)，它們在桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可沿黑色圓弧槽轉(zhuǎn)動(dòng)。另外沒有標(biāo)示的兩細(xì)桿和四根細(xì)針與其它的相同，為對稱設(shè)計(jì)。

（2）使用說明：

測量時(shí)將待測固體置于裝置上，其中待測固體的長度為X，平行地調(diào)節(jié)細(xì)桿AB和A1B1，使得沿著BA方向看時(shí)細(xì)針a、b在透明固體中的像與細(xì)針c、d重合，沿B1A1方向看時(shí)，同樣a、b在透明固體中的像與c、d重合，即看起來a、b，c、d在同一直線上。此時(shí)由b、d所對應(yīng)刻度線的值即為固體的折射率。可由兩對角方向分別測量，讀取固體折射率的兩個(gè)測量值，然后取平均，以減少誤差。

? 3.折疊式固體折射率測量儀的設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)方法：

折疊型固體折射率測量儀的設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)原理與液體折射率測量裝置和平板型固體折射率測量儀相同。該折疊型裝置最大的優(yōu)點(diǎn)是攜帶方便，不使用時(shí)可將儀器折疊起來，該裝置測量折射率時(shí)不受固體兩平行面間的長度限制，對兩側(cè)面的整體平行度要求較低。固體折射率測量儀器，可用于測定透明固體的純度和品質(zhì)，例如測量玻璃的純度等。如圖3所示：

（2）使用說明：

測量時(shí)，將待測透明固體夾在四根轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺中間，轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺與待測固體的側(cè)面對齊，由雙向刻度尺讀出R2的長度值，然后沿可轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺推動(dòng)圓規(guī)腳到R1=R2的值處，轉(zhuǎn)動(dòng)可轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺使其畫出圓弧，調(diào)節(jié)兩原點(diǎn)對稱的對準(zhǔn)刻度尺上的細(xì)針對準(zhǔn)，對準(zhǔn)后移動(dòng)滑動(dòng)刻度尺到圓弧與對準(zhǔn)刻度尺中心線的交點(diǎn)，由滑動(dòng)刻度尺讀出該交點(diǎn)到豎直刻度尺中心線的距離x，再推動(dòng)豎直刻度尺中的可滑動(dòng)指針，使其指向水平刻度尺上的數(shù)值，即可讀出r的數(shù)值，由n=x/r可求得固體折射率，可由兩對角方向分別測量（如儀器平面圖的左上側(cè)部分和右下側(cè)部分對準(zhǔn)測量以及左下側(cè)部分和右上側(cè)部分對準(zhǔn)測量）得兩試驗(yàn)值取其平均，以減少誤差。

? 三、折射率測量儀測試

通過設(shè)計(jì)的液體折射率測量儀，用來測量常溫下自來水的折射率，可測得水的折射率約為1.33，與實(shí)際水在20℃時(shí)的折射率為1.3330基本一致。

測試用的工廠生產(chǎn)的固體玻璃的折射率為1.5163，經(jīng)該設(shè)計(jì)的固體折射率測量儀測得的折射率為1.52，基本一致。

本文設(shè)計(jì)的折射率儀，原理簡單，儀器使用方便，調(diào)節(jié)簡單，精度較高，攜帶方便，能直接快速讀出所測透明物質(zhì)的折射率，且制作過程相對也很簡單。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙凱華，鐘錫華.光學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，1984.

[2]丁慎訓(xùn)，張孔時(shí).物理實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

（作者單位：衡陽市第八中學(xué)）