用光速测量仪探究Nacl溶液折射率与浓度的关系

1用光速测量仪探究氯化钠溶液折射率与浓度的关系摘要：本实验应用现有的CG—V型光速测量仪，对其测量光速的光路进行改进，测量不同氯化钠浓度溶液的折射率。通过在用光速测定仪的光路上放入装有不同浓度的氯化钠溶液的水管改变远光程的大小，示波器将显示出不重合的两条波，通过移动棱镜小车使示波器上的两条波再次重合，通过测量放入水管前后两条导轨的长度，即可计算出相应浓度的氯化钠溶液的折射率，最终得出氯化钠溶液的折射率随其浓度的增大而增大，而且二者成线性关系。通过测量氯化钠溶液的折射率就可以知道其浓度大小，就可以辨别像氯化钠溶液这样无色的溶液的浓度大小了。关键词：光速测量仪折射率浓度定量关系误差分析引言：折射率是光学介质的一个重要的物理参数，反映了物质的光学基本性质。折射率与介质本身的性质息息相关，在外界条件一定的情况下，掌握折射率的变化情况可以了解物质的光学性能、纯度、质量浓度以及色散等性质，故快速、准确的测量透明介质的折射率有助于有效的发挥这些介质的作用。目前测量透明介质折射率的方法和仪器很多,这次实验是利用目前在国内具有先进水平的光速测量仪,通过改进仪器的光路,以达到测量透明介质折射率的目的。其次，利用Excel软件对实验测量中的数据进行处理，提高了效率和减少了误差。实验仪器：CG-V型光速测量仪频率计卷尺细绳计算机不同浓度氯化钠溶液方形透明管GOS-6021型双踪示波器[实验原理]CG—V型光速测量仪原理图测量原理：在光路中放入折射率大于1的透明介质时，其光程将增加。设透明介质沿光路方向长激光器接收器2度为d，光在这段距离d内的光程为cd(c为光速)。若将透明介质置于光路中，则光在介质中的光程为:vd=cnd因此，透明介质加入前后的光程差为:cd(n-1)(n为折射率)在实验时，示波器上的图像如图一所示，其中①是与远程光相对应的波形，②是与近程光相对应的波形.折射率的测量主要根据是示波器上二光拍信号波形的相位差与远程光和近程光的光程差（示波器实验原理图）[实验方案]配制不同浓度的氯化钠溶液1.用粉末状NaCl固体和自来水使用精确度为0.001g的电子天平,配制质量百分比浓度分别为:3.0%,5.0%,7.0%,10.0%,12.0%五种不同浓度的氯化钠溶液。配制不同浓度的NaCl溶液，后取适量入圆形形透明管中。2.仪器调节2.1GOS-6021型双踪示波器的调节按示波器说明书使GOS-6021正常工作，Y轴衰减和扫描速度按输入信号适当选择。注意必须使GOS-6021处于触发状态(无外触信号扫描)，否则不能准确比较光拍信号的相位差。2.2CG-V型光速测量仪的调节接通电源开关，以最大激光光强输出为准，15分钟后激光器输出趋于稳定;接通电源开关，以最大激光光强输出为准，15分钟后激光器输出趋于稳定;直流稳压电源，接通稳压电源开关，指示灯亮，正负15V电源正常供电;光速水平通过通光孔的声光介质中的驻声场充分相作用(通过调节频仪器底座上的螺丝来完成)。光栏高度与光路反射镜中心等高，用斩光器挡住远程光，调节全反镜和半光反镜使近程沿光电二极管前透镜的光轴入射到光电二极管的光敏上，打开光电接受器盒上的窗口可观察激光是否进入光敏而，这时，示波器上应有与近程光束相应的经分频的光拍波形出现，用斩光器挡住近程光，调节半反镜全反镜和正交反射镜钮，经反光镜与近程光同路入射到光电二极管的光敏而上，这时，示波器屏上应有与远光程光束相应的经分频的光拍波形出现，经反复调节，直达到要求。光电二极管方位可通过调节装置使示波器屏上显示最大振幅来确定。测量不同浓度的氯化钠溶液的折射率仪器都已调好，把B导轨上的棱镜小车推到左端，移动A导轨上的棱镜小车，是在示波器上的两条波重合，用卷尺测量此时A导轨的长度a+b，在B导轨中放入长度为d装有溶液的导3管，因加入n大于1的透明介质，使远光程增加，通过向左移动A导轨上的棱镜小车，使示波器上的两条波再次重合，量取此时A导轨的长度代入公式n=1+即可求出折射率大小。数据与处理不同浓度氯化钠溶液的折射率不同浓度a/cmb/cma/cmb/cmd/cmn平均值n3.0%161.9966.553.8558.38491.33181.332226266.5153.8658.3649.041.332136266.553.8658.3649.021.3321462.0166.553.8558.35491.332856266.4953.8658.36491.33205.0%16266.553.7158.2148.991.33841.338826266.4953.758.2491.3385361.9966.553.6958.1949.021.338846266.553.758.2491.3387562.0266.5153.6958.1948.991.33987.0%16266.553.658.149.011.34271.342426266.553.6158.1149.011.3423361.9966.4953.6258.12491.341646266.553.658.149.021.342756266.5153.6158.11491.342610.0%162.0166.553.4557.9548.991.34921.349626266.553.4457.9448.991.349436266.553.4357.93491.3497462.0166.553.4357.9349.021.349856266.553.4357.9348.991.349812.0%16266.553.3657.8649.011.35251.352426266.5153.3657.86491.3528361.9866.553.3657.86491.352246266.553.3657.8649.011.352556266.4953.3757.87491.3520数据处理:由以上数据计算得浓度为3.0%、5.0%、7.0%、10.0%、12.0%的折射率分别为1.33221.33881.34241.34961.35244不同百分比溶液的折射率与浓度关系由散点图可以明显地发现这不同百比溶液的折射率与浓度近似成线性关系,由Excel生成该趋势线的直线方程为：y=0.0022c+1.3267即氯化钠溶液折射率与浓度的等量关系为：y=0.0022c+1.3267结果与分析实验结果实验结果看出不同百分比溶液的折射率与浓度近似成线性关系,说明实验存在误差，产生误差的原因可能为：配制溶液所用的氯化钠有杂质，导致所配制的溶液不是标准浓度；因温度较低，时间有限，氯化钠未完全溶于水中，造成误差；频率误差，因为实验室条件的不稳定,频率在实验过程中有一定的变化,即使不断调节亦不能使其保持恒定，造成微小误差；千分尺的准确度和读数误差，本实验采用千分尺进行长度测量，千分尺本身的准确度会有一定的误差。此外,由于无法准确地读取千分尺导轨上的读数,需要估读一位,这也会引起误差；照准误差，下列因素会引起照准误差:光电接收管每一点上的光电转换时延不同；棱镜小车处在不同的位置时，光斑大小和位置也会有所变化；用肉眼难以准确判断示波器上的波形是否完全重合；改进方法由于时间及条件所限,本实验还存在一定的误差。为了进一步提高氯化钠溶液折射率的测量精度,可以适当增加测量的次数以及浓度的跨度。此外,还可以从以下几个方面对实验进行改进；在溶质溶溶解时用热毛巾捂着，加快其溶解速度，使溶质能够完全溶解。等溶解结束后，再进行降温冷却；实验总结由散点图可知：氯化钠溶液的折射率与浓度大致成一次线性关系，其等量关系式为y=0.0022c+1.3267，氯化钠溶液折射率随着溶液浓度的增大而逐渐增大，浓度越大，折射率越大，反之，浓度越小，折射率越小。综上，此实验采用光拍法测量透明介质的折射率,该方法具有操作简便、数据精确等优点。参考文献[1]竺江峰鲁晓东夏雪琴大学物理实验教程［M］中国水利出版社2011.9[2]白泽生,刘竹琴，徐红.几种液体的折射率与其浓度关系的经验公式.延安大学学报(自然科学版).2004.3