论文导读:：依靠物理实验室各种光源较为齐备的特点。旋光效应的实验测量目前是多数高校开设的一个普通的物理实验项目。利用式子（1）将斜率除以试管长即可求得比旋度。
关键词：光源，旋光效应，比旋度
1 引言
旋光效应的实验测量目前是多数高校开设的一个普通的物理实验项目，这不仅是因为旋光效应已在制糖、制药、石油、食品、化工等众多领域有着广泛的应用，而且还因为该实验蕴含了非常丰富的物理理论知识，如光的本质、光的偏振、旋光等，不仅如此，通过此实验，学生还能掌握一定的物理实验技巧和实验方法，如采用双游标读数可消除检偏镜转动时产生的偏心误差。另外通过实验过程中溶液浓度的配置，也在很大程度上增强了学生的动手能力。
 物理实验实施层次化教学是当前大学物理实验教学改革的重要内容，在物理实验教学的整体框架中，应包括基础性、设计性和研究创新性等至少三个层次的教学内容，这已成为所有大学物理实验教研工作者的一致共识【1】。通过这种层次化教学，学生的动手能力、实验设计能力、创新能力和创新意识会得到全面的提高论文格式模板。再则，在旋光效应的实验测量这个实验中，对旋光效应本身蕴含的丰富的实验内容还未有充分挖掘，查阅已有的关于旋光效应的研究文献比旋度，可以看到有在旋光仪的研制上做出尝试【2】【3】，还有对旋光度与温度的关系做过研究【4】，但在现有仪器下不同光源对旋光效应的实验测量的影响还未看到有相应的研究，为此，本文根据旋光效应的实验测量的教学现状，以及旋光效应同入射光波长有关的性质，提出在原有实验内容和实验仪器的基础上，依靠物理实验室各种光源较为齐备的特点，通过添加两种不同的光源如日光灯、汞灯，来增加一部分设计性实验内容，研究不同光源对旋光效应实验测量的实际影响。
2 旋光仪的结构和工作原理
 图1是旋光仪的结构图，其工作原理【5】大致是：光源发出光后经过起偏镜产生沿起偏镜透振方向振动的线偏振光，而后经过中央石英半波片和两旁玻璃补偿片产生两种有一小夹角的线偏振光，在旋光仪中没放入装有旋光物质的测试管时，通过目镜聚焦调节可看到清晰的三分视场，检偏镜旋转一周可看到三分视场按顺序出现图2所示的变化。其中（b）视场是亮度均匀的暗场，而（d）视场是亮度均匀的亮场，因为人眼在较暗的环境下对亮度的微小变化感觉特别灵敏，因而
实验中通常选择（b）视场作为角度测量的
基准以减小角度测量误差。这时找到暗场停
下来并记录下此时的角度测量数据 1，然
后再放入装有旋光物质的测试管，此时两种线偏振光都会以相同的旋光度旋转相同的角度，暗场会消失，然后再次找到暗场并记录下角度测量数据2，则旋光度就等于前后两次测量数据之差。旋光度主要与旋光物质本身(用旋光率 来表示)和入射光经过旋光物质时所经历的路程 有关，更严格说来也同入射光的波长 和环境温度 有关，对于旋光溶液而言，浓度 也对旋光度影响很大，旋光度与各个物理量的关系可表述为以下式子：
 （1）
图2 检偏镜旋至不同角度的视场
3 实验测量
分别使用钠灯、汞灯和日光灯等三种光源，采用2dm长的装溶液的试管，事先配置好的6种不同浓度的蔗糖溶液，然后在每一种光源照射下，对每一种浓度的蔗糖溶液重复测量了6次比旋度，表1给出了在每一种浓度下各种光源照射时6次测量的平均值和标准差，并由此计算了在每一种浓度下各种光源照射时的旋光度也一同列在表中。实验室环境温度为14.7℃，
表1 各种光源照射下的旋光效应实验数据
|
浓度
/ g·ml-1
|
钠灯
|
汞灯
|
日光灯
|
|
平均值
|
标准差
|
旋光度
|
平均值
|
标准差
|
旋光度
|
平均值
|
标准差
|
旋光度
|
|
0
|
178.73
|
0.13
|
0
|
176.71
|
1.03
|
0
|
176.18
|
0.05
|
0
|
|
0.02
|
1.34
|
0.11
|
2.61
|
179.43
|
0.33
|
2.72
|
179.43
|
0.36
|
3.25
|
|
0.04
|
4.09
|
0.04
|
5.36
|
2.13
|
0.10
|
5.42
|
1.61
|
0.28
|
5.43
|
|
0.06
|
7.02
|
0.04
|
8.29
|
4.93
|
0.29
|
8.22
|
4.94
|
0.36
|
8.76
|
|
0.08
|
9.65
|
0.05
|
10.92
|
8.60
|
0.33
|
11.89
|
8.06
|
0.54
|
11.88
|
|
0.10
|
12.42
|
0.05
|
13.69
|
11.19
|
0.10
|
14.48
|
10.93
|
0.27
|
14.75
|
|
0.12
|
15.07
|
0.06
|
16.34
|
13.68
|
0.10
|
16.97
|
13.58
|
0.12
|
17.40
|
4 结果分析与讨论
从表1中数据可以看出，在同一溶液浓度下，各种光源照射时的平均值都有不同，说明光源不同在找到相应的暗场时的读数位置会有不同，这显然和不同光源所包含不同的光谱成分有关，但在汞灯照射和日光灯照射时的平均值较为接近，如在浓度分别为0.02 g·ml-1、0.06 g·ml-1、0.12g·ml-1平均值几乎相同，这应该与汞光和日光灯的线状光谱较为相似有关。对比不同光源照射下在相同溶液浓度时测量的标准差，发现在钠灯照射下测量时的标准差都比较小，而汞灯和日光灯照射下的标准差都较大，但在汞灯和日光灯照射下去比较两者的标准差却没有一定的规律表示在总体上来说谁大谁小，标准差的比较也明确表明利用钠灯测量旋光度的实验数据离散性较小，旋光度的测量容易得到较为准确的结果。这应该是多数旋光效应的实验和应用中都采用钠灯作为光源的一个重要原因论文格式模板。
图3（a）、（b）、（c）分别给出了在各种光源照射下旋光度与溶液浓度的关系，对旋光度和溶液浓度的实验数据作最小二乘法一元线性拟合后，得到斜率和相关系数的计算值和他们的标准偏差，利用式子（1）将斜率除以试管长即可求得比旋度，这些数据一并列于表2中。
表2 各种光源照射下的实验数据处理结果
|
光源
|
斜率/(°/g·ml-1)
|
斜率偏准差
/(°/g·ml-1)
|
相关系数
|
相关系数标准差
|
比旋度
/(°/g·ml-1·dm)
|
|
钠灯
|
137.04
|
0.76
|
0.99992
|
0.08
|
68.52
|
|
汞灯
|
144.46
|
2.89
|
0.99900
|
0.30
|
72.23
|
|
日光灯
|
145.80
|
2.50
|
0.99927
|
0.26
|
72.90
|
从图3（a）、（b）、（c）可以看出，在每种光源照射下旋光度与溶液浓度的直线拟合都很好，而以钠光照射时实验数据点的直线拟合度最好，表2相关系数及其标准差的计算值也表明，在钠光照射时，旋光度与溶液浓度的相关系数最高，出现了四个9，最接近1，相关系数标准差相对也比较小，这应该是最为符合式子（1）所表示的线性关系，也再次证明了钠灯是在旋光效应实验和应用中使用效果非常好的一种光源，而汞灯和日光灯照射时表2的各项数据都是很接近，但这时还是可以看出在汞灯照射时斜率标准差和相关系数标准差都较大一些，旋光度与溶液浓度的相关系数要较小一些比旋度，这只能说明汞灯照射时对旋光效应的测量可信度要差一点。在比旋度的实验测量上，因为比旋度随温度的变化较小，根据已有的测量结果，对于在钠灯照射下蔗糖溶液的比旋度一般在66 °/g·ml-1·dm附近且不能低于66 °/g·ml-1·dm【6】，而表2的结果表示在钠灯照射下蔗糖溶液的比旋度为68.52°/g·ml-1·dm，因此在本实验中用钠灯照射时对蔗糖溶液比旋度的测量是非常准确的。
   tu（a）（b）（c）
图3 （a）、（b）、（c）是光源分别为钠灯、汞灯、日光灯时旋光度与溶液浓度的关系
5 结束语
本文对钠灯、汞灯和日光灯等三种光源对旋光效应实验测量的影响进行了研究，由于不同光源所包含的光谱成分不同，而汞灯和日光灯的线状光谱较为相似，因而，钠灯实验结果不同于其它两种光源的实验结果，而汞灯和日光灯的实验结果较为接近，对实验结果的分析还清晰地表明单色的钠灯是对于旋光效应实验测量的一种效果非常好的光源。实际上，本研究也是在部分探讨旋光度与光源波长的关系，不同光源测量蔗糖溶液得到不同的比旋度证实了这样一种关系，但如果要更为深入具体地探讨这种关系，那么就应该想办法得到不同波长的单色光，这样的研究内容可作为大学物理实验中关于旋光效应实验的一部分设计性或研究性实验内容。
参考文献：
[1]吕斯骅，段家忯，全面改革物理实验教学体系与内容，培养有坚实基础的创新人才[J]，大学物理，2003,22（1）：34-36
[2]刘竹琴,利用光强分布测试仪测量蔗糖溶液的旋光率及其浓度[J]，大学物理，2010,29(2)：37-39
[3]刘竹琴，徐红．用激光测量蔗糖溶液的旋光率及其浓度[J]，大学物理，2007，26(10)：38—39．
[4]任克勤,蔗糖溶液旋光常数与温度的关系[J],东北重型机械学院学报,1991,15(4)：366-368
[5]吴福根，周誉昌，大学物理实验[M]，北京：高等教育出版社，2007年第一版：72-76
[6]国家药典委员会编，《中国药典》2000年版（二部）[S]，北京：化学工业出版社，2000： 998．
|
