光的色散研究报告

光的色散研究实验目的 1巩固调整和使用分光仪的方法2掌握用分光仪测量棱镜的顶角的方法3掌握用最小偏向角法测量棱镜的折射率4学会用分光仪观察光谱，研究光的色散实验仪器分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞灯实验原理1.光的色散和色散曲线光在物质中的传播速度 v 随波长 而改变的现象，称为色散。因为物质的折射率 n可以表示为,式中 c 是真空中的光速。由上式可见，色散现象也表现为物质的折射率随波长的变化，即可以表示为下面的函数形式上式所表示的关系曲线，也就是折射率随波长的变化曲线，称为色散曲线。物质的折射率随波长变化的状况和程度，常用色散率 dn/d来表征。2.玻璃三棱镜折射率的测量原理当一单色光经过三棱镜的面 AB 时发生折射。SD 为入射光线，两次折射后沿 ER 方向出射。入射光线和出射光线的夹角 叫偏向角，如图可见 )()(3421ii32iA所以 Ai)(41因为顶角 A 相对于空气的折射率 n 有一定值，图 1是 的函数，因此 实际上只随 变化，当 为某一个值时， 达到最小，这最小的4i11i1i称为最小偏向角 。min由折射定律可知，这时， 。因此，当 时 具有极小值。将 、41i41i41i代入 和 32iAi)(4132则有， ， ， 。2iAi1min2iAimin12sinsii21n用分光仪测出三棱镜的顶角 A 和棱镜对某单色光的最小偏向角 ，就可以求出棱镜玻min璃材料对空气的折射率 n.这就是最小偏向角法。若入射光不是单色光，当它入射到棱镜时，由于光波长的不同，折射率也不同，因此经过两次的折射后，原本的那束复色光会发生色散现象而出现不同波长的光谱。每一条光谱都可看作为一条单色光形成的光谱测量。3用反射法测量棱镜顶角如图将棱镜顶角 A 置于载物台中心处，并使顶角 A 对着平行光管，先用眼睛直接观察，能否见到由 AB、AC 面反射的狭缝像。再转动望远镜至反射线 T1 的位置，使其叉丝的竖线对准像的中心。从分光计的两游标处记下读数 ， 。1然后，将望远镜转至 T2 位置，并记下相应的数据 ， 。采取两个窗口使为了2消除偏心差。棱镜的顶角 4/)()(1212A4最小偏向角的测量方法测定棱镜的顶角后，把顶角 A 放到AT1T2CB图 2平行光管望远镜转动方向 min1T2图 3载物平台的中心，棱镜的磨沙面向外，使从平行光管出来的汞灯光能经过棱镜色散后形成光谱。先用眼睛直接观察平行光经过折射后的出射方向，再将望远镜移到该处，使在望远镜中能清楚地看到光谱。然后缓缓地转动平台，使光谱的偏向角逐渐减小，调节望远镜，使当平台转动时保证能看到光谱。当载物平台转到某一位置时谱线不随平台转动而移动，而且当继续转动平台谱线会向相反方向移动，也即偏向角反而增大。谱线移动改变的位置就是棱镜对该谱线的最小偏向角。反复转动平台，准确找到该位置，然后固定平台，转动望远，使十字叉丝的竖线与光谱线重合，记录在该位置的游标读数 和 。1移去三棱镜，再转动望远镜，使十字叉丝竖线对准平行光管的狭缝像，记录两游标的读数 和 。与望远镜的两个位置相应游标之差，即为最小偏向角 。2 min2/)()(1212min实验内容与步骤1. 调节分光仪1 目测粗调 目测调整望远镜光轴、平行光管、载物台平面，三者大致垂直于分光计中心旋转轴。2 望远镜的调焦，使之能接受平行光。具体步骤：1） 目镜调焦A：通电照明B：旋转目镜调节手轮，调整目镜与分划板相对位置，使叉丝与小十字变清晰为止2） 物镜调焦A：将载物台紧贴台基，置平面镜与台上，再使望远镜光轴大致垂直平面镜，平面镜放置时，其平面与载物台下螺钉 a2、a3 连线垂直，如图B：调望远镜倾度调节螺钉，左右转动载物台，使之能看到十字反射像C：松开调焦锁紧螺母，前后调节目镜镜筒并调节分划板与物镜相对位置，使小十字及其反射像皆十分清晰为止D：消除视差微调目镜系统。眼睛左右移动时，小十字反射像与叉丝无相对位移3） 调节望远镜光轴及载物台面垂直于仪器中心转轴A：旋转载物台，使平面镜前后两面反射的十字反射像皆在视场内。仔细调望远镜倾度调节螺钉，使之前后两面都能看到十字反射像。设其中一反射像与上十字叉丝距离为 hB：调节载物台下 a2 或 a3 两螺钉之一，使此 h 缩短为 h/2，再调望远镜倾度调节螺钉，使十字反射像与上十字叉丝重合图 4C：旋转载物台，用“各半”调节法使另一反射面的十字反射像与“上十字叉丝”重合。2、3 可能要反复调整数次，要细心、耐心D：将平面镜转动 90 度后放在载物台上。调节载物台下螺钉 a1，使十字反射像与上十字叉丝重合。平面镜镜面正对载物台下螺钉 a1，见图示4） 调整平行光管，使之发出平行光，并使其光轴垂直于仪器转轴A：点燃钠灯，均匀照亮狭缝，改变狭缝与平行光管透镜间距离，使狭缝在视场中清晰成像（呈清晰的狭缝像，且像与叉丝无视差）B：调节螺丝调整狭缝宽度，通过望远镜观察，使狭缝宽约 0.3mm，并使狭缝水平C：调节平行光管下的俯仰调节螺钉，使狭缝像对准叉丝水平中线，调整后转动狭缝与分划板垂直线重合，并固定 2.测量三棱镜的顶角打开汞灯，用反射法测量三棱镜的顶角 A，重复测量 5 次，求顶角及其平均值和不确定度。 1T2T1 5493548351954392 0003 03.测量不同光谱的最小偏向角测量汞灯各种光谱的最小偏向角 ，求各种光谱的最小偏向角的平均值和三棱镜min对于不同光谱的的折射率 n，根据折射率 n 与波长 作出玻璃材料的色散曲线 ,n还有要求出红光和紫光的折射率的不确定度和相对不确定度。图 5数 据次 数1T2T623.44 红 5463207579.07 黄 0362576.96 黄 7546.07 绿 151491.60 蓝绿 546320435.83 蓝 939407.78 蓝紫 7047404.66 紫 120360354924.测量钠光最小偏向角用同一个棱镜测量钠光光谱的谱线的最小偏向角，计算出相应的折射率，用图解插值法即可在三棱镜的色散曲线上求出钠光谱谱线的波长。 1T2T1 03428032805426103481数据处理：棱镜顶角4/)()(12121A棱镜顶角的平均值 321棱镜顶角的 A 类不确定度 niAS12)(棱镜顶角的 B 类不确定度 3uA棱镜顶角的不确定度 SU2光谱的最小偏向角 )()(112min光谱偏向角的不确定度 ，K=1instK三棱镜对于不同光谱的折射率 2sinsimi21A数 据次 数数 据光谱三棱镜对于不同光谱的的折射率的不确定度=)(22UnAn )2(sinco21)(sin1 1mim2UAA%0nr作出玻璃材料的色散曲线 n注意事项：1、调节后的分光仪在使用中，不要破坏已调好的条件；分光仪上可调螺钉较多，要明确它们的作用。2、望远镜、平行光管上的镜头，平面镜和三棱镜的两个光学表面切勿用手摸，也不准用手、海绵等物揩擦，必要时可用擦镜纸揩。3、用反射法测顶角时，三棱镜顶角应靠近载