用分光计测三棱镜的折射率.doc

用分光计测三棱镜的折射率分光计是用来准确测量角度的仪器。光学实验中测角度的情况很多，如测量反射角、折射角、衍射角等。用分光计不仅可以间接测量光波的波长、还可以间接测量折射率和色散率等。本实验就是用分光计来间接测量三棱镜的折射率。一、 教学目的1 学会调节使用分光计。2 测定三棱镜的折射率。二、 教学要求1 本实验三小时完成。2 掌握分光计的结构原理，掌握分光计的调整方法。3 掌握角游标原理和用分光计测角度的方法。4 观察复色光的色散现象。5 用自准法测定三棱镜的顶角，测定三棱镜对绿光=546nm的最小偏向角。6 计算出三棱镜对绿光的折射率，并对结果进行评价，写出合格的实验报告。三、 三、 教学重点和难点难点：望远镜系统的调节和最小偏向角的测定。重点：望远镜系统的调节和最小偏向角的测定。即难点内容亦是重点内容(用提问方式发挥学生主动性，配合讲解攻克难点)。四、 讲解内容1 提问：本实验的目的？（学生答）2 提问：本实验的重点和难点内容是什么？（教师答）3 提问：分光计由哪几部分组成？（学生答，教师根据投影胶片把各部分的调节止动螺钉作提示）回答：分光计一般由自准直望远镜，平行光管，载物台、读数装置和底座五大部分组成。4 读数装置为什么要设计成双游标？如何读数和计算？（学生回答后，教师补充或根据胶片对照讲解）回答：在刻度盘同一直径的两端（相隔180）各装一个游标，两个游标同时读数，然后算出每个游标两次读数之差，再取平均值。这个平均值即为望远镜（或载物台）所旋转过的角度。并消除了刻度盘上与分光计中心轴线之间由于制造带来的偏心差。读数举例：a、 b游标读数相差： 1803望远镜初始位置读数： 望远镜转过角后读数游标a、游标b、 游标a、游标b3355 1552 957 2756差数：游标a：360+9573355=1202游标b：27561552=1204转过的角度的平均值为：=1/2（1202+1204）=1203上述差数游标a可以这样理解：游标a开始位置为3355，转到3600（即0）后再转至957，故转过角度为1202。5 提问：分光计的调整有哪些要求？其检察的标准？（学生答，教师补充解释）回答：几何要求：“三垂直”。即载物小平台的平面，望远镜的主光轴、平行光管的主光轴均必须与分光计的中心轴垂直。物理要求：“三聚焦”。即叉丝对目镜聚焦，望远镜对无穷远聚焦，狭缝对平行光管物镜聚焦。检验三垂直的标准：“四平行”。即载物小平台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴和读数刻度盘四者相互平行。检验三聚焦的标准：“三清晰”。即目镜中观察叉丝清晰，亮十字反回的像（绿十字）清晰，在望远镜中看到狭缝清晰。6 提问：即是重点又是难点内容的望远镜系统如何调整？（学生答，教师补充讲解）回答：目测粗调打开小灯调节目镜，看清叉丝。在载物台上放双平面镜（位置如胶片图所示，为什么？），调节物镜（仰俯角和伸缩）和载物台（螺钉），使双平面镜两面有绿十字像并清晰、无视差，此时望远镜已聚焦无穷远。调整望远镜的光轴与分光计转轴垂直。使双平面镜两面有绿十字像。再用“减半逐步逼近法”使望远镜的光轴与分光计的中心轴垂直（对照胶片讲解，必要时示范讲解），即叉丝的像与调整叉丝完全重合。7 提问：平行光管如何调整？（学生答，教师补充讲解）回答：用已调节好的望远镜作基准，调节平行光管下部仰俯螺钉，使其出射平行光。调节平行光管的狭缝宽度（强调：不要损坏刀口！）使平行光管光轴与分光计转轴垂直。使目镜中看到的水平和竖直的狭缝像均居中。 8 提问：测三棱镜折射率的简单原理？（教师参照胶片图讲解）回答：只要测出某光的最小偏向角min和三棱镜顶角A，就可以算出三棱镜对该光的折射率。9 9 提问：如何测三棱镜的项角A？（学生答，教师对照胶片图补充讲解）回答：测定方法有两种，一种是反射法，另一种是自准法。本实验要求用自准法测三棱镜的顶角。按图放好三棱镜（为什么？）锁紧平台和度盘的固定螺丝，转动望远镜分别对准左、右两光学面，每次使绿十字像和叉丝重合，即望远镜和光学面垂直，记下左、右读数算出转角，则项角A=180。10 提问：如何测定三棱镜对绿光的的最小偏向角min？（学生答，教师补充讲解，必要时示范讲解）回答：第一步怎么做？（用汞灯或白炽灯照亮平行光管狭缝。）三棱镜怎么放？（三棱镜一折射面的法线与平行光管轴线夹角成大约60）下一步怎么做？（观察偏向角的变化。）如何观察？（根据折射定律判断折射光的出射方向，先用眼睛在此方向观察，可看到几条平行的彩色谱线，改用望远镜观察它们，在转动载物台的同时，用望远镜跟踪谱线，注意谱线的移动情况，观察偏向角的变化）。如何测定min？（选择偏向角减小的方向，细心转动载物台的同时，使望远镜始终跟踪绿色谱线，当该谱线即将逆向移动时，对望远镜进行微调，使垂直叉丝对准绿色谱线中央，读出出射线的方位角T1。将望远镜对准平行光管，使叉丝对准狭缝中央，读出入射光线的方位角T2，故min=T1T2）。最后强调指出：在对结果进行评价时，在计算不确定度时，SA和Smin均应用弧度进行计算。五、 简单故障的原因和排除实验中出现故障是不可避免的正常情况，对于仪器故障，需由专门人员进行排除；常见简单线路故障的排除则是大学生必须掌握的基本技能。1 叉丝线不亮电源未接通线路没接通小灯开关未打开照亮叉丝小灯损坏。2 叉丝及像均模糊不清叉丝不清晰是叉丝对目镜未聚焦（转动目镜聚）。绿十字不清晰是望远镜未对无穷远聚焦（前后移动目镜使其聚焦）狭缝像不清晰是狭缝对平行光管物镜未聚焦（移动平行狭缝使其聚焦）几种情况均存在。只好酌情调节。3 转动双平面镜无绿十字像或只一面有绿十字像粗调工作没做。双平面镜放置不妥，调节方法不对。调节不仔细认真。4 双平面镜反射的两个绿十字像均不在调节叉丝上如从双平面镜的正、反两面反射回的绿十字像均在分划板水平线的上方或均在下方，且位置相同；这说明平台基本与转轴垂直而望远镜光轴不垂直转轴，可调望远镜的倾斜度螺丝。如果正、反两面的反射像一次在上方，另一次在下方，且位置对称，则主要是平台不垂直转轴。可先调平台螺丝，用逐步逼近法，使像与叉丝距离移近一半，转过180后重复上述调节，直至调整好。上述两种兼而有之，亦用逐步逼近法调节，先调平台螺丝，使像与叉丝间距移近一半，再调望远镜的斜度螺丝，使像与叉丝重合；转过180后重复上述调节，可较快调整好。5 狭缝像过宽且不居中狭缝过宽是未调好狭缝或狭缝未对平行光管的物镜聚焦。狭缝像不居中是平行光管与分光计转轴未调垂直，需调整狭缝在水平和竖直两方向均居中。6 测顶角A时数据错。游标盘未固定。望远镜未固定而被碰动。游标盘和望远镜均未止动。有时未加30。不懂游标读数无估读位。绿十字像与叉丝（或其竖线）未重合。7 测min时数据错同6的前5项。未找出min就进行测量。对准