大物实验报告——分光计的调整与使用

分光计的调整与使用 实验目的 1 了解分光计的结构以及双游标读数消除误差的原理 2 掌握分光计的调整要求 使用方法与技巧 3 学会测量三棱镜的顶角 4 推导分光束法 自准直法测量三棱镜顶角的公式 实验原理 1 分光束法测三棱镜的顶角 如图 3 11 10 所示 此时光束同时照在棱镜的两个侧面上 分别测出光线左向反射线角位 置 L及右向反射线角位置 R 则由图 3 11 10 可证 LR 1 2 3 11 1 a b 图 3 11 10 为了消除分光计刻度盘的偏心误差 见 附 消除偏心差的原理 测量每个角度时 在 刻度盘的两个角游标 上都要读数 然后取平均值 于是 3 11 2 LIRILIIRII 1 4 2 自准直法测三棱镜的顶角 如图 3 11 11 所示 LIRILIIRII 180 180 2 A 3 11 3 3 最小偏向角 的测定及折射率计算 图 4 11 12 所示为一束单色平行光入射三棱镜时的主截面图 光线通过棱镜时 将连续发生 两次折射 出射光线和入射光线之间的交角 称为偏向角 i1为入射角 为出射角 为棱镜的 1 i 顶角 当i1改变时 随之改变 可以证明 当i1 时 偏向角 有最小值 min 此时入射角 1 i i1 min 2 折射角i2 2 由折射定律nsini2 sini1 可得三棱镜的折射率为 3 11 4 min sin 2 sin 2 n 因此 对于具有棱柱形的透明物体 只要测出最小偏向角 min及入射面出射面之间的夹角 就可由式 4 11 4 计算出棱镜对该种光的折射率 应当注意 通常所说的某物质折射率 n 是对钠黄光 波长 为 5 893 而言 图 3 11 11 图 3 11 12 用分光计可以精确地测得棱镜的 min和 从而求得该棱镜的折射率 实验内容 1 用分光束法测三棱镜的顶角 将三棱镜待测顶角 的顶点置于载物台中心 为什么 不妨自己试试其他位置 并对准平 行光管 见图 3 11 13 每个角度测 5 次 每次 左 右 角游标都需同时读数 数据 记录到表 3 11 1 中 并按公式 3 11 2 计算角度 a b 图 3 11 13 表 3 11 1 次 数12345平均 L R 2 自准直法测三棱镜的顶角 测顶角 的另一个方法是自准直法 即转动望远镜分别使其与棱镜的光学面垂直 记其在 这两个位置之间的转角为 3 测三棱镜的最小偏向角 min 将三棱镜置于载物台上 见图 3 11 14 应注意调整载物台使高 度适当 转动载物台 寻找最小偏向角 可以先用目测找到出射光线 然后转动载物台 使偏向角变小 直至载物台转动方向不变 偏向角 却开始变大为止 这时再用望远镜精确地测定这个光线偏折方向发生 图 3 11 14 改变时的临界角度 此角度与光线无偏折 无棱镜 时的角位置 0之差即为棱镜的最小偏向角 min 为了消除偏心误差 测量每个角度时 在刻度盘的两个角游标 上都要读数 然后取 平均值 即 minI0III0II 1 2 与 0都要测 5 次 数据记录表如表 3 11 2 所示 表 3 11 2 次数12345平均 0 4 测量结果 三棱镜的折射率为 min sin 2 sin 2 n 式中 minI0III0II 1 2 minLIRILIIRII 1 4 思考题 1 分光束法测 时 狭缝宽度对结果是否有影响 试分析之 若被测顶角不放于载物台中心又会如何 2 测顶角 的另一个方法是自准直法 即转动望远镜分别使其与棱镜的光学面垂直 记 其在这两个位置之间的转角为 问 如何判断望远镜与光学面垂直 推导出由转角 计算顶角 的公式 三棱镜应如何放置于分光计载物台上 3 请证明由棱镜最小偏向角求折射率 n 的公式 4 分光计调整的基本要求是 和 都垂直 于 5 在分光计的调整中 转动载物台时 反射回来的亮十字总在中间十字丝 横丝 附 近移动 说明 光轴与 主轴不 6 用自准直法调整望远镜时 若亮十字的反射像正好位于分划板中心 则必定是由于 分划板中心正好和物镜焦点重合 分划板中心正好在物镜焦平面上 望远镜光轴垂直于反射平面 以上 都不对 7 分光计调整时 调节 垂直于 可用渐近法 8 简述渐近法调整时的步骤 9 能否用三棱镜代替平面镜进行分光计的调节 为什么 能否调节到棱镜的三个折射 面均垂