利用光速測定儀測定不同濃度NaCl溶液的折射率

鄭炳雯,李鎮(zhèn)濤,李金玉

(浙江海洋學(xué)院,浙江舟山 316000)

利用光速測定儀測定不同濃度NaCl溶液的折射率

鄭炳雯,李鎮(zhèn)濤,李金玉?

(浙江海洋學(xué)院,浙江舟山 316000)

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用現(xiàn)有的CG-V型光速測定儀,通過對(duì)其光路進(jìn)行改變來測量不同濃度NaCl溶液的折射率,并利用計(jì)算機(jī)軟件(Excel)對(duì)實(shí)驗(yàn)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,探究了NaCl溶液折射率與濃度的定量關(guān)系。

折射率;濃度;光速測定儀

折射率是介質(zhì)的一個(gè)重要的物理參數(shù),液體折射率的光學(xué)測量方法有很多種,常用的有干涉法(牛頓環(huán))、測角法和V型棱鏡法。本實(shí)驗(yàn)采用CG-V型光速測定儀測量具有快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。文章中利用該儀器探求NaCl溶液折射率與濃度的定量關(guān)系。通過折射率與濃度的確定關(guān)系有助于對(duì)該物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)有更進(jìn)一步的了解。文章中采用了光拍法,實(shí)驗(yàn)中通過改變光速測定儀的光路,以達(dá)到測量透明介質(zhì)折射率的目的。

1 實(shí)驗(yàn)原理

圖1 折射率測量裝置

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 儀器用具

CG-V型光速測定儀、示波器、卷尺、不同濃度NaCl溶液、計(jì)算機(jī)。

2.2 方法步驟

(1)用NaCl和自來水,使用精確度為0.001 g的電子天平,配制質(zhì)量百分比濃度分別為1.0%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%5種不同濃度的NaCl溶液。

(2)調(diào)節(jié)好光速測定儀,將可移動(dòng)滑塊A固定在軌道的最右端,滑塊B從最右端開始沿軌道移動(dòng),使近光程和遠(yuǎn)光程的兩列波完全重合,如上圖1所示。用卷尺測量出a和b的長度,記錄在表格里,把沿光路方向長度為l的裝有溶液的玻璃管水平的置于一路導(dǎo)軌上,將滑塊B再次從最右端開始沿軌道滑動(dòng),使兩列波完全重合。用卷尺測量出a′和b′,記錄在表格里。重復(fù)3次,記錄數(shù)據(jù)。

(3)使用5.0%、10.0%、15.0%、20.0%濃度的NaCl溶液分別重復(fù)步驟(2),記錄每種濃度溶液分別對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

圖2 示波器顯示圖形

3 數(shù)據(jù)與處理

3.1 數(shù)據(jù)記錄

測量數(shù)據(jù)見表1。

表1 數(shù)據(jù)表格

玻璃管長度L=0.501m

當(dāng)NaCl濃度為1%時(shí):

表2為不同濃度NaCl溶液的折射率和百分差統(tǒng)計(jì)表

表2 NaCl溶液的折射率和百分差統(tǒng)計(jì)表

3.2 數(shù)據(jù)處理

由以上數(shù)據(jù)計(jì)算得濃度為 1.0%、5. 0%、10.0%、15.0%、20.0%的溶液折射率分別為作散點(diǎn)圖得:

圖3 不同濃度Nacl溶液的折射率

由散點(diǎn)圖可以發(fā)現(xiàn)不同濃度NaCl溶液的折射率與濃度近似成線性關(guān)系,由Excel生成該趨勢線的直線方程為:

y=0.248 6x+1.327 8即NaCl溶液折射率與濃度的等量關(guān)系為:

n=0.248 6c+1.327 8(c為NaCl的濃度)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出不同百分比NaCl溶液的折射率與濃度近似成線性關(guān)系,且濃度越大折射率越大。實(shí)驗(yàn)誤差分析:第一,配制溶液所用NaCl固體純度及所用稱量儀器精度和NaCl固體溶解是否充分造成的誤差。第二,卷尺的準(zhǔn)確度和讀數(shù)誤差,本實(shí)驗(yàn)采用卷尺進(jìn)行長度測量,卷尺本身的準(zhǔn)確度會(huì)有一定的誤差。此外,由于讀數(shù)時(shí)需測量兩點(diǎn)間的距離,點(diǎn)位置受到限制,無法準(zhǔn)確地讀取卷尺的讀數(shù)。且需要估讀一位,這也會(huì)引起誤差;第三,在實(shí)驗(yàn)過程中,光實(shí)際上是在折射率大于1的空氣中傳播,因此會(huì)產(chǎn)生誤差;第四,難以精確判斷示波器上的波形完全重合。第五,照準(zhǔn)誤差,下列因素會(huì)引起照準(zhǔn)誤差:首先,發(fā)射管不是理想中的“點(diǎn)”光源,它應(yīng)被看作是面光源。在這個(gè)面上的每一點(diǎn)發(fā)出的光的速度并不相同,實(shí)際上發(fā)射的是“群速”。其次,光電接收管也有這種情況,因此每一點(diǎn)上的光電轉(zhuǎn)換時(shí)延不同[2-4]。

5 結(jié) 論

文章中討論了利用CG-V型光速測定儀采用光拍法測量NaCl溶液的折射率。通過以上所述的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、誤差分析和目前廣泛采用的分光計(jì)法相比,該方法具有操作簡單、方便快捷等優(yōu)點(diǎn),能粗略計(jì)算NaCl溶液的折射率但存在較大誤差,但仍需要進(jìn)行更好的改進(jìn),更快地測出介質(zhì)的折射率。

[1] 李遠(yuǎn)琴,楊永安.用光速測量儀測量玻璃的折射率[J].楚雄師范學(xué)院學(xué)報(bào),2008(9):41-45.

[2] 黃志貝,傅方聰,蘆立娟.用光速測量儀探究蔗糖溶液折射率與濃度的關(guān)系[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2011 (10):1-3.

[3] 竺江峰,蘆立娟,魯曉東.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].中國水利水電出版社,2011(9):238-245.

[4] 陳泉霖,許孟強(qiáng),蘆立娟.用光速測量儀探究純堿溶液與濃度的關(guān)系[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2013(5): 23-25.

Use of Light Tester M easure the Refractive Index of Different Concentrations of NaCl Solution

ZHENG Bing-wen,LIZhen-tao,LIJin-yu
(Zhejiang Ocean University,Zhejiang Zhoushan 316000)

The use of existing CG-V type of light detector,bymaking changes to its optical path tomeasure the refractive index of different concentrations of NaCl solution,and using computer software(Excel)experimental measurement data analysis and processing,explores the NaCl solution quantitative relationship between the refractive index and density.

refractive index;concentration;the speed of light detector

O 4-34

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.006.005

1007-2934(2015)06-0014-04

2015-04-14