折射率是材料介质重要的基础参数，折射率的测定可以间接地反映出物质的结构、组成、浓度、温度等特性，因此在生产生活各个领域中都有很重要的应用。现有的折射率测量方法有很多，我们归结为以下几种：

①透射法：将固体样品加工成规则形状（如柱形、正方体、两面平行的薄片），利用光的折射原理，测量出透射光的偏移距离或角度，进而计算出其折射率。对于液体样品则选用规则形状的容器[1-4]。

②全反射法：一般利用一个棱镜或其他已知折射率的介质，与被测样品构成一个分界面，通过光的全反射特性来测量样品折射率[5-8]。

③波动光学法：利用光的干涉（劈尖、牛顿环、迈克尔逊干涉）、衍射（光栅）或是偏振（布儒斯特角）的特性设计的测量方案[9-17]。

这些测量方法各有利弊，总体来说需要将样品制成规则形状或是劈尖、牛顿环的就会增加成本，需要制作特定形状液体样品容器的就有清洗难的问题，全反射法、迈克尔逊干涉仪法操作难度都较大，透射法和干涉、衍射法只能测量透明的样品，利用分光计进行的测量往往激光束直接射入眼睛,基于布儒斯特定律的实验方案只能测单一材料介质。

综合以上的参考资料，我们基于布儒斯特定律，设计了一款能测量透明、半透明、不透明的固体和液体材料折射率的实验仪。这种测量仪器所提供的测量方法成本低、易操作、高效率、易理解。

1 实验原理

布儒斯特定律：当自然光入射到折射率分别为n1和n2的两种介质的分界面上时，随着入射角的改变，反射光的偏振化程度也随之改变，当入射角满足

时，反射光中就只有垂直于入射面的光振动，而没有平行于入射面的光振动，如图1所示。此时反射光为线偏振光，而折射光仍为部分偏振光（图中圆点表示垂直入射面的光振动，短线表示平行于入射面的光振动）。这时的入射角i0称为布儒斯特角[18]。

图1 布儒斯特定律

同时可以证明，当入射角为布儒斯特角时，反射光线与折射光线的夹角刚好为90°。

2 仪器设计

仪器的整体外观设计，如图2所示：

图2 新型折射率测定简图1.载物台；2.第一滑块；3.第二滑块；4.第一支架；5.第二支架；6.光源支架；7.激光器；8.可旋转偏振片；9.光屏支架；10.平面光屏；11.底座；12.液体容器放置槽；13.半圆刻度盘；14.固定连杆15.水平滑槽；16调平螺钉

仪器整体分为五部分：载物台支架、激光装置、光屏装置、竖直调节装置、水平调节装置。

载物台支架：仪器整体基于可调平底座11上。载物台1的侧面标有0°～180°的刻线，最小分度值为0.5°，载物台中央有一个液体容器放置槽可以将配套的容器放置进去。仪器的侧面有一半圆形刻度盘13，它通过一个固定连杆与底座相连，半圆刻度盘的零刻线与载物台1的顶面相平，刻度盘面积大质量轻，用于测量激光在竖直方向的入射角度。

激光装置：激光7垂直安装在支架6上，并可沿其上下移动，支架6上均匀刻有最小分度值为0.5 mm的刻度线。可旋转偏振片8套在激光器7上且可旋转，偏振片的平面与激光器发射的光线垂直。

光屏装置：光屏10垂直安装在支架9上，并可沿其上下移动，支架9上均匀刻有最小分度值为0.5 mm的刻度线。

竖直调节装置：支架6、9垂直安装在支架 4、5上，并可沿其移动，支架 4、5上有最小分度值为0.5 mm的刻度线。支架4、5与滑块2、3竖直方向铰接，使两支架可绕滑块在竖直方向转动。

水平调节装置：载物台下方侧面有水平滑槽15，滑块2、3可沿着滑槽绕仪器中心轴滑动，并且两滑块上有指针指向载物台侧面分度线。

3 测量方案

3.1 固体三棱镜折射率的测量

调节调平螺钉16使仪器水平，支架4和支架5置于水平位置并锁定（和半圆刻度盘零刻线平行）。调节光源支架6和光屏支架9，使激光器与光屏高度基本相同。

将三棱镜放置于载物台1上，只要求三棱镜的一个反光侧面大致朝前。

打开激光器。缓慢转动支架4，使其随着滑块2一起沿水平滑槽15转动。同时水平转动支架5，直到能在光屏10上承接到激光经由棱镜侧面反射出来的光点。

转动偏振片8，观察光屏上的反射光点的明暗变化，当光点最暗时停止旋转，说明这时的偏振片偏振化方向平行于入射面。接着缓慢转动支架4并同时转动支架5，保证光屏上能承接到反射光，并且观察到反射光点明暗不断变化直到完全消光。