光学测角仪的调整与使用.doc

实验报告姓名： 张伟楠 班级： F0703028 学号： 5070309108 实验成绩：同组姓名： 3 实验日期：08.03.03 18：00指导教师： 批阅日期： 光学测角仪的调整与使用【实验目的】1. 了解光学测角仪的主要构造，正确掌握调整光学测角仪的要求和方法；2. 测定三棱镜的顶角，观察三棱镜对汞灯的色散现象；3. 测定玻璃三棱镜对各单色光的折射率【实验原理】1 三棱镜顶角的测量（1）自准法测量三棱镜的顶角自准法测三棱镜顶角图2是自准法测量三棱镜顶角的示意图利用望远镜自身产生平行光，固定平台（或固定望远镜），转动望远镜光轴（或转动小平台），先使棱镜AB面反射的十字像落在分划板上“”准线上部的交点上（即望远镜光轴与三棱镜AB面垂直），记下刻度盘对称游标的方位角读数q 1、q 2然后再转动望远镜（或小平台）使AC面反射的十字像与“”准线的上交点重合（即望远镜光轴与AC面垂直），记下读数q 1和q 2（注意q 1与q 1为同一游标上读得的望远镜方位角，而q 2与q 2则为另一游标上读得的方位角），两次读数相减即得顶角a的补角a = 180j ，可以证明（1）（2）反射法测量三棱镜的顶角图3为反射法测量三棱镜顶角的示意图将三棱镜放在载物台上，使平行光管射出的光束投射到棱镜的两个折射面上，从棱镜左面反射的光可将望远镜转至处观察，使用望远镜微调螺丝，使“”准线的中心垂直线对准反射狭缝像，从两个游标读出方位角读数j1和j2，再将望远镜转至处观测从棱镜左面反射的狭缝像，又可分别读得方位角读数 j1和j2由图3可知，三棱镜的顶角（2）反射法测三棱镜顶角2由各单色光的最小偏向角求折射率：通过光的反射定律和折射定律可以求得折射率n（3）式中i1，i2，dmin分别为某一单色光的入射角、折射角和最小偏向角，a则为三棱镜的顶角 【实验数据记录、实验结果计算】1. 用反射法测量三棱镜的顶角12345613049215572554278421930121021221045355675298423425730201150463345515338412825633018233043154541951218401025715017算得的顶角值59584559590595930 595915595845595830于是可得平均值： =5953a=22 b=1最后得 =59531 =5953（10.03%）2. 测量汞灯各单色光的最小偏向角min=-0-0/2 以下分别是对绿光和蓝光的测量 绿光角度绿光狭缝算得的min1333592510504215457205923125435512818311234343729583451141872723851于是可得平均值： min=518a=24 b=1最后得 min=51824= 518（10.78%）由公式得 n绿=1.650.02 =1.65（11.2%）蓝光角度蓝光狭缝算得的min154859195328185492391522448781753282044725814332859222853281485820226于是可得平均值： min=5328 (以上3个值确实是实验得到的，保留到“分”位时，确实相同)a=30 b=1 最后得 min=5328+1 = 5328（10.03%）由公式得 n蓝=1.670.02 =1.67（11.2%）【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】1. 用反射法测量三棱镜的顶角中，a=22 ，b=1。可以看出测得的结果还是非常的稳定，标准差很小，最后的误差中，系统误差占了主导。2. 这里为了比较绿光与蓝光的折射率大小，于是将绿光的标准差精确到了0.01位。从实验结果来看，还是较好了说明了石英介质波长越短，折射率越大的现象。3. 在实验中选择了绿光和蓝光，而没有选择黄光和紫光，原因是：黄光实际上有两条靠得很近的谱线，并不知道那条是准确的黄光；紫光的亮度太小，在实验室灯打开的情况下，不是很明显，测量时容易产生交大的误差；相对之下绿光是最明显的谱线，而蓝光则作为第二选择。4. 这里用的最小偏向角法适合于测量混合光中个色光的性质，但我个人认为其缺点是：在最小偏向角附近的1之内，狭缝像都是近乎不变的，这其实会导致很大的误差，这个误差其实应该加到系统误差中，然而原来的系统误差只有1。基于这个误差，建议以后测量介质对于单色光的折射率的时候，还是使用极限法，极限法就不会出现最小偏向角法中1之大的误差了，误差可以保持在1左右，但是极限法不适合于测量混合光中的各单色光的性质。5. 在实验中看到：波长越小的光，折射率越大，偏向角也就越大，但是变化还是不会特别大。6. 利用这个实验和介质折射率对于光的波长的关系可以用于测量未知光的波长或频率，也是用于探索未知天体的元素的基本方法之一。【附页】1. 用反射法测量三棱镜顶角时，为什么必须将三棱镜顶角A置于载物台的中心附近？式作图说明之。答：作的图如下： 可知如果顶角A离圆心越远，那么在盘上所读得的角度对有所偏大。所以顶角最好放在载物台中心的位置。2. 作图说明，当望远镜未垂直中心轴或双面反射镜的反射面法线未垂直中心轴而进行调整时，每转双面镜180度一次，准线与十字反射像可能的相对位置及其变化规律。答：1. 望远镜未垂直中心轴的情况，作图如下： 可以看到，原来的十字的反射像在准线的下方，反射镜转180度后，十字的反射像仍然在准线的下方。也就是说，当望远镜未垂直中心轴时，旋转180度后，十字的想应该在准线的同一方（同时在上面，或同时在下面）。2. 反射面法线未垂直中心轴的情况，作图如下： 可以看出，如果反射面法线未垂直中心轴，那么两次所得的十字像应该在准线的上下两面。3. 若光学测角仪测量角度的精度是1，试导出测量顶角A，最小偏向角min及折射率n的误差公式，并估算测定n的精度。min=-0-0/2所以1. 顶角 A的误差公式为： A=(1412+12+12+12)2+统计2 2. 最小偏向角min的误差公式为： min =(1212+12+12+12)2+统计23. 折射率n的误差公式： n=12+22其中 1=|cos12(A+min)|3 2=|cos12A|A其中 3=12(A2+min2)感想与体会 我在高中物理竞赛中做过这个实验，并且在其中的投入的精力和时间也是比较多的。说实话，今天在刚开始做实验时，我并不把它放在眼里，觉得这个实验自己已经在高中就把它征服了。可是在做实验的过程中，我不但找到