1、大物实验论文 旋光效应 摘要 ：通过旋光仪利用光的偏振特性来测量旋光物质对振动转过角度来测量了溶液的溶度。并分析各因素对此实验的影响。 关键词 ：三分视场；旋光角；溶度 中图分类号 O432 文献标识码 A 一 . 引言 1911 年，阿喇果（ D. F. JArago）发现，当线偏振光通过某些透明物质时，它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。这种现象就叫旋光效应，光的振动面转过的角度称为旋光度，使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质（进一步地，迎 着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质叫右旋物质，反之则为左旋物质）。常见的旋光物质有：石英、朱砂、酒石酸、食糖溶液、松节油等。利用
2、旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。 二 . 实验原理 及内容 2.1 实验原理 溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件均固定时，旋光度与溶液浓度 C 呈 线性关系 。如果已知待测物质浓度 C 和液柱长度，只要测出旋光度就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度为固定值，可依次改变溶液的浓度 C，就可测得相应旋光度。并作旋光度与浓度的关系直线，从直线斜率、长度及溶液浓度 C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液的旋光度，确定溶液的浓度 C。 对于晶体一类的旋光物质，旋光度 Q 与光所透过的晶体厚度成正比；若为
3、溶液，则正比于溶液在玻璃管中的长度 L 和溶液的浓度 C： Q=CL. （ 1） 式中的比例系数 称为旋光率，其含义为当 L=10cm, c=1g/cm3 时光振动方向转过的角度（对糖溶液而言， 与入射光波长 及温度 T 有关，对某些物质还与物质的浓度有关）。实验采用钠灯作为光源，实验过程中通常温度变化很小，可以忽略。玻璃管长度 L 已知，转角 Q 需要测量出来，这样，根据已知浓度 C 即可算旋光率 ，再根据已知的 即可测定未知糖溶液浓度 C。 2.2 实验仪器 大物实验论文 其中，起偏镜 4 和检偏镜 7 由透明的尼科耳棱镜制成；钠黄光经聚光镜 3 和起偏镜 4 后成为与尼科耳棱镜透振方向平
4、行的线偏振光。半影片 5 两侧是透明玻璃，中间为由石英制成的对钠黄光的 /2 波片，三者粘在一起形成平面圆片，以产生三分视场。于是，线偏振光分别经石英晶体和两侧玻璃后成为夹角为 2（ 为 /2 波片的快轴与起偏镜透振方向之间的夹角）的 两束线偏振光，如图 3 中 P 石英 和 P 玻璃 所示。在未放入糖溶液试管情况下，随着检偏器的转动，目镜中将看到的三分视场的变化如图 3 所示，（ a）：中部暗、两侧较亮，视场分界线清晰；（ b）：三分视场的界线消失，全视场为很暗的黄色；（ c）：中部较亮、两侧很暗，视场分界线清晰 ；（ d）：三分视场的界线消失，整个视场呈亮黄色。 2.3 实验 步骤 1.
5、在未放入待测物质时，转动度盘手轮，应将检偏器透光方向转向图 3（ b）中 “P 检 ”所示位置， 即 三分视场刚消失且整个视场变为较暗的黄色时，看度盘和游标是否在零线上；若不一致，应分别记录两边的初始值， 作为零位误差。 2. 将糖溶液试管放入试管筒。此时，由半影片出射的两束线偏振光的夹角虽然仍为 2，但通过糖溶液后它们的振动面都沿同一方向转过了相同的角度 Q。于是转动检偏镜使视场再次回到图 3（ b）所示的状况，则检偏镜所转过的角度 Q 即为被测 糖溶液的旋光度。每支试管各作三次测量（取平均），每次测量都须记录左右游标读数。 大物实验论文 3. 利用测得的旋光率 测量未知糖溶液浓度。将未知浓
6、度的糖溶液试管放入旋光仪中，测旋光度三次取平 均。 2.4 数据记录与处理 零位误差0Q： 左 0 右 0 试管长度L/dm 浓度c/3cmg读数 Q/( ) 平均值Q /( ) 旋光度/( ) Q= Q0Q比旋光度 t 平均值t 1 2 3 左 右 左 右 左 右 1 0.142 9.55 9.60 9.50 9.55 9.30 9.40 9.48 9.48 66.76 67.34 2 18.75 18.80 18.95 19.00 18.90 18.95 18.89 18.89 66.51 2.2 21.40 21.50 21.40 21.55 21.45 21.60 21.48 21.4
7、8 68.76 c 5.50 5.60 5.75 5.80 5.70 5.75 5.68 5.68 C=0.0423cmg 按公式计算旋光度 LcQt )(113 gdmcm 按公式计算未知糖溶液浓度 LQc t 3cmg三 讨论与思考 1. 本实验用的糖溶液是何种旋光物质？ 右旋物质： 迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质 。在调节转动手轮时，我们是顺时针转动的，由此可见 光的振动面 也是 顺时针转动 的。 2. 在旋光度的测量中为什么要对零点进行 校正？可否用蒸馏水来进行校正？ 旋光仪的零点校正可以保证仪器的精准性，可以让我们清晰地了解糖溶液在何时旋光性降为 0，在实验中我们用
8、蒸馏水来测定旋光仪的零点校正，这是因为 蒸馏水 是没有旋光性的，以 蒸馏水 的 旋光度 作为 0 点就能够知道蔗糖在何时 旋光度 降至零。 3. 为什么要选择亮度相等的暗视场进行读数？ 由于人眼判断两个区域的暗度是否相同比判断亮度是否相同要灵敏得多。 大物实验论文 4. 为什么用三分视场的方法？是否可以用其他方法来做试验？ 三部分亮度一致当放进存有被测溶液的试管后，由于溶液具有旋光性，使平面偏振光旋转了一个角度，零度视场便发生了变化。转动检偏镜一定角度，能再次出现亮度一致的视场。三分视场是光与暗的交界，人眼能够清晰的观测其变化。 可以不用三分视场来测量，但是由于人眼对光的灵敏度比较差，很难识别
9、光的微弱变化，实验测量就会变得很困难，且结果不会很准确。 5. 半影片中石英两侧的玻璃的厚度有无要求？为什么？ 石英片两侧配以一定厚 度的玻璃片 （尽量厚） ，目的之一是为补偿因石英片吸收引起的光强差别 。 6. 置糖溶液试管前后 ,通过旋光仪目镜所观察到的视场为什么在清晰程度上有差别 ?能否调清晰？ 第一，也是最大的可能，焦距没有调好，调节 旋光仪 的焦距即可 。 第二，光路上的几个玻璃片所在的位置上沾有污物，擦干净即可 。 第三，光路上有气泡，将气泡赶到样品管的凸起部位 7. 仪器对试 验测量是否有影响？ 换用一台试验仪器后试验的数据变化 零位误差0Q： 左 0、 05 右 0 试管长度L
10、/dm 浓度c/ 读数 Q/( ) 平均值Q /( ) 旋光度/( ) Q= Q0Q比旋光度 t 平均值t 1 2 3 左 右 左 右 左 右 1 0.142 9.20 9.30 9.20 9.25 9.25 9.30 9.25 9.27 65.28 66.43 2 18.55 18.60 18.70 18.75 18.60 18.80 18.67 18.69 65.81 2.2 21.20 21.30 21.20 21.35 21.25 21.45 21.29 21.31 68.21 c 5.65 5.80 5.75 5.85 5.75 5.80 5.77 5.79 C=0.0433cmg
11、比较两台仪器测出的不同值，发现有偏差，两次浓度值的误差是 %100042.0 042.0043.0E2.4%，属于微小误差范围内。而且就旋光角的测量来说，比较不同长度的实验结果发现：长度越长，偏差越小。这是系统误差，不可避免 的。 8. 温度对试验的影响 大物实验论文 100ml 常温 9.55 9.60 9.50 9.55 9.30 9.40 加热后 9.55 9.65 9.50 9.55 9.35 9.40 200ml 常温 18.75 18.80 18.95 19.00 18.90 18.95 加热后 18.90 19.00 19.00 19.00 18.95 19.00 由表格我们可以
12、看出加热后试验数据的测量是偏大的，而且比较 100ml 的和 200ml 的，我们认为长度越长的试验效果越明显，总而言之温度对旋光角是有影响的： T 越高， Q 越大。 9. 试管中有气泡对试验的影响 220ml 常态 21.40 21.50 21.40 21.55 21.45 21.60 明显大气泡 20.95 20.90 20.85 20.95 20.80 20.90 由表格中的试验数据来看，气泡会影响数据，使其测量结果偏小。我们推测这是由于气泡的存在影响了长度 L，缩短了长度，由于 Q 正比于 L，所以 Q 值测量偏小。 四 结语 试验后，我们对于旋光效应的理解更深透了（ 旋光效应的简单
13、解释： 旋转透明介质具有角动量，光也具有角动量。当光通过旋转透明介质时，可以得到部分旋转透明介质的角动量而使光的转动动能增加 ），了解了旋光物质，旋光度 LcQt 等。 通过这次的实验，我们了解了旋光仪工作原理并且熟悉掌握了其使用方法。同时我们也发现了用旋光仪测量溶液的浓度的实验有较多的影响因素：系统误差，温度，样品是否有气泡等。在保证实验精准度的前提下，要求我们选取常温下无气泡的样品多次测量取平均。 参考文献 1.李相银等 . 大学物理实验（第二版） M.北京：高等教育出版社， 2009 2.赵凯华 . 光学 (第一版 ) M 北京：北京大学出版社， 1984 Optically Active Abstract:The polarization characteristics of polarimeter using light to measure the rotation of material on vibration turning angle measurement solution solubility.Analyses the influence factors of this experiment. Key words:Three point field； angle of rotation;concentration
