5和光束整形透镜组4，半导体激光器5可在半导体激光器5支架上转动，半导体激光器5用于产生激光，光束整形透镜组4用于将半导体激光器5出射的激光束整形成矩形片光，矩形片光投射在透明水槽2的一个侧壁上，透过透明水槽2折射后投射在坐标纸10上。
[0031]图3给出了本实施例光束整形透镜组4的结构示意图。在图3中，本实施例的光束整形透镜组4由扩束棱镜4 — 1、平凸柱透镜4 一 2联接构成。扩束棱镜4 — 1、平凸柱透镜4 一 2安装在激光器支架6上，扩束棱镜4 - 1、平凸柱透镜4 - 2位于半导体激光器5出射光束的方向上，激光束经过扩束棱镜4 -1扩束，再经过平凸柱透镜4 - 2成为矩形片光。
[0032]使用上述液体折射率与温度关系的实验装置的实验方法由下述步骤组成:
[0033]1、接通半导体激光器5的电源，调整半导体激光器5与光束整形透镜组4的位置，使光束整形透镜组4输出的矩形片光透过没有装水的透明水槽2后，投射在坐标纸10上的光带与水平面垂直，如图4所示，读取垂直光带在坐标纸10上的圆周角值。
[0034]2、在透明水槽2内注满水，在坐标纸10上观察矩形片光透过透明水槽2内的水折射投射的垂直光带，转动透明水槽2，按照三棱镜折射率最小偏向角测量法，在坐标纸10上找到与最小偏向角对应的垂直光带位置，如图5所示，读取当前垂直光带所处位置的圆周角值，步骤I中，图4所示坐标纸10上垂直光带的圆周角值与本步骤中垂直光带圆周角值的差，即为透明水槽2中水处于当前温度状态矩形片光透过时的最小偏向角。
[0035]3、接通半导体制冷片3电源5分钟后，在透明水槽2内的水中形成下低上高连续变化的梯度温度，在温度显示器8上观察透明水槽2内的水温在高度方向上的分布值，同时观察坐标纸10上折射光带的形状变化，并在坐标纸10上标记这时的光带形状，如图6所示。比较图5、6可见，矩形片光透过透明水槽2内温度下低上高梯度变化的水体后，折射投射在坐标纸10上的光带变为倾斜光带，倾斜光带的中心点与图5所示垂直光带的中心点相重合，倾斜光带的上端向右位移，倾斜光带的下端向左位移。
[0036]4、在坐标纸10上读取矩形片光中通过透明水槽2内各个温度传感器11所在高度处的光线在图6所示倾斜光带上对应投射点的圆周角值，按步骤2的方法，得到矩形片光通过透明水槽2各个温度传感器11所在高度处水温对应的最小偏向角δ _。用三棱镜折射率最小偏向角测量法公式
[0037]n = 2sin (30+ δ min/2)
[0038]计算出各个温度传感器11所在位置的水温对应的折射率值η。
[0039]本发明的工作原理如下:
[0040]在半导体制冷片3通电约5分钟后，观察到光屏I上原先垂直的折射投射光带成为倾斜的光带。由于这时透明水槽2内水的温度是下低上高的梯度变化，在4°C以上，水的温度低则折射率大，水的温度高则折射率小，透明水槽2内水的折射率同样是下大上小的梯度变化，由正三棱镜最小偏向角与折射率之间的关系(公式)知，三棱镜的折射率大，则最小偏向角大，三棱镜的折射率小，则最小偏向角小，因此使原先垂直折射光带的下端向左偏移，垂直光带的上端向右偏移，垂直光带变为倾斜光带，但倾斜光带上的每一个光点仍是矩形片光透明水槽2内不同高度、不同水温处的水后符合最小偏向角的光线形成的，因此采用三棱镜最小偏向角与折射率之间的关系(公式)，就可计算出各个温度传感器11所处位置水温对应的折射率值。
【主权项】
1.一种液体折射率与温度关系的实验装置，在底座09上设置有光具座(7)，光具座(7)左侧面上设置外表面粘贴有坐标纸(10)的光屏(I)，光具座(7)的右侧底座(9)上设置有激光器支架￠)，激光器支架(6)上设置有半导体激光器(5)和光束整形透镜组(4)，其特征在于:在光具座(7)上设置有水平截面为正三角形的透明水槽(2)，透明水槽(2)的中心线与光具座(7)的中心线相重合，正三角形的底边在透明水槽(2)的前侧壁上并与底座(9)的前侧面平行，透明水槽(2)内的前侧壁上设置安装有半导体制冷片(3)的半导体制冷片支架(12)，半导体制冷片支架(12)和半导体制冷片⑶浸入水中，半导体制冷片(3)的热面与水平面垂直、与透明水槽(2)的前侧壁平行，透明水槽(2)的前侧壁垂直方向上设置有I列浸入水中的温度传感器(11)，透明水槽(2)的前侧外壁上设置有通过导线与每个温度传感器(11)相连的温度显示器(8)。2.根据权利要求1所述的液体折射率与温度关系的实验装置，其特征在于:所述的半导体制冷片(3)的水平中心面与透明水槽(2)的水平中心面位于同一个水平平面内。3.根据权利要求1所述的液体折射率与温度关系的实验装置，其特征在于:所述的一个温度传感器(11)与相邻一个温度传感器(11)的中心线之间的距离为lcrn，4.根据权利要求1所述的液体折射率与温度关系的实验装置，其特征在于:所述的光具座(7)的几何形状为圆盘形。5.根据权利要求1所述的液体折射率与温度关系的实验装置，其特征在于:所述的光屏(I)为圆弧形，光屏(I)的圆心角为100°。6.根据权利要求1所述的液体折射率与温度关系的实验装置，其特征在于:所述的半导体制冷片(3)的几何形状为长方体。7.根据权利要求1所述的液体折射率与温度关系的实验装置，其特征在于所述的光束整形透镜组(4)为:扩束棱镜(4 -1)、平凸柱透镜(4 - 2)设置在激光器支架(6)上，扩束棱镜(4 -1)、平凸柱透镜(4 - 2)位于半导体激光器(5)出射光束的方向上，激光束经过扩束棱镜(4 -1)扩束，再经过平凸柱透镜(4 - 2)成为矩形片光。8.一种使用权利要求1液体折射率与温度关系的实验装置的实验方法由下述步骤组成: 1)接通半导体激光器(5)的电源，调整半导体激光器(5)与光束整形透镜组(4)的位置，使光束整形透镜组(4)输出的矩形片光透过没有装水的透明水槽(2)后，投射在光屏(I)上的光带与水平面垂直，读取垂直光带在圆弧形光屏(I)坐标纸(10)竖直标度线上的圆周角值； 2)在透明水槽(2)内注满水，在坐标纸(10)上观察矩形片光透过透明水槽(2)内的水折射投射的垂直光带，转动透明水槽(2)，按照三棱镜折射率最小偏向角测量法，在坐标纸(10)上找到与最小偏向角对应的垂直光带位置，读取当前垂直光带所处位置的圆周角值，步骤I)中坐标纸(10)上垂直光带的圆周角值与本步骤中垂直光带圆周角值的差，为透明水槽(2)中水处于当前温度状态矩形片光透过时的最小偏向角。 3)接通半导体制冷片(3)电源5分钟后，在透明水槽⑵内的水中形成下低上高连续变化的梯度温度，在温度显示器(8)上观察透明水槽(2)内水温在高度方向上的分布值，同时观察光屏(I)上折射光带的形状变化，并在坐标纸(10)上标记这时的光带形状。 4)在坐标纸(10)上读取矩形片光中通过透明水槽(2)内各个温度传感器(11)所在高度处的光线在倾斜光带上对应投射点的圆周角值，按步骤2)的方法，得到矩形片光通过透明水槽(2)各个温度传感器(11)所在高度处水温对应的最小偏向角δ_。用三棱镜折射率最小偏向角测量法公式n = 2sin(30+ δ min/2) 计算出各个温度传感器(11)所在位置的水温对应的折射率值η。
【专利摘要】一种液体折射率与温度关系的实验装置，在底座上设光具座，光具座左侧面上设外表面粘贴有坐标纸的光屏，光具座的右侧底座上设激光器支架，激光器支架上设半导体激光器和光束整形透镜组，在光具座上设水平截面为正三角形的透明水槽，透明水槽的中心线与光具座的中心线相重合，正三角形的底边在透明水槽的前侧壁上并与底座的前侧面平行，透明水槽的前侧壁上设安装有半导体制冷片的半导体制冷片支架，半导体制冷片浸入透明水槽内的水中，半导体制冷片的热面与水平面垂直、与透明水槽的前侧壁平行，透明水槽的前侧壁垂直方向上设1列浸入水中的温度传感器，透明水槽的前侧外壁上设通过导线与每个温度传感器相连的温度显示器。
【IPC分类】G01N21/43
【公开号】CN105044032
【申请号】CN201510359691
【发明人】张宗权, 任俊鹏, 卫芬芬, 刘志存, 鲁百佐, 徐铭, 耿玉
【申请人】陕西师范大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月25日