清华大学分光计实验报告

大学物理实验报告分光计的调节和色散曲线的测定 实验名称：分光计的调节和色散曲线的测定【实验目的】（1）了解分光计的原理与构造，学会调节分光计；（2）用最小偏向角法测定玻璃折射率；（3）掌握三棱镜顶角的两种测量方法。一、分光计的调节及其原理（1）分光计的主要装置：望远镜，小平台，度盘，平行光管 氦光谱管 主要配件：三棱镜，平面镜 分光计外形如图1（2）分光计的调节先进行粗调，通过自己的感觉，调整使得望远镜，小平台，平行光管与度盘平面平行，且小平台高度应与望远镜和平行光管下部齐平（为使得之后三棱镜放置位置合适，能够折射平行光管发出的光）粗调好后望远镜的调节： 望远镜内部构造如图21. 接通图1-10下方小灯，从望远镜目镜观察图2-6处出现绿光，调节图2-7装置使得能看清图2-3中“”形2. 往小平台上放置一个平面镜正对望远镜物镜且与载物台调平螺钉中的两个的连线平行，微微调节图1-14找到较强绿光闪现位置，调节1-12装置使得该绿光出现在视野中央，调节1-9装置使得其成像清晰，如图2-8所示，再调1-12将其置于2-8所处位置并调整1-9使其消除视差。此时望远镜已经适于观察平行光。细调望远镜分光计主轴将小平台旋转180后捕捉到另一个2-8所示的像，但是此时该像并不在2-8所处位置（若还在该位置，则此时小平台和望远镜分光计主轴），此时先调节小平台连线与平面镜平行的螺钉，使像与目标位置距离缩短与目标位置距离的一半，再通过调节1-9使其达到目标位置；再将小平台旋转180，重复上述操作，直至像始终在2-8位置。此时望远镜分光计主轴。调节平行光管1.调节平行光管发出平行光通过望远镜观察平行光管，调节1-28使得狭缝像应是一条轮廓清楚的窄长条，而不是边缘模糊的亮条；狭缝像应与叉丝无视差；狭缝宽度应合适，实验中缝像约mm宽即可。2.调节平行光管光轴分光计主轴调节平行光管的调水平螺钉，使狭缝像被 叉丝中心线平分，平行光管也就垂直于分光计主轴了。三棱镜两光学面法线垂直于分光计主轴先粗调小平台使之平行于度盘平面再以三棱镜一条边垂直两个螺钉连线的方位放置三棱镜于小平台，通过望远镜对准其中一个光学面观察2-8的像，调节小平台螺钉使之回到2-8位置，在旋转小平台，对准另一个光学面重复上述操作，如此重复，直到两个光学面都使像到达2-8位置。刻度盘度盘垂直于分光计的主轴且可绕主轴转动，为消除偏心差，采用了两个位置相差180的游标读数。刻度盘的分度值为0.5，0.5以下则用游标来读数。游标的最小分度值为1。氦光谱管氦光谱管是将稀薄的氦气封闭在玻璃管内制成。管得两端各装一个电极，两电极间加高电压后产生放电并且发光，通过三棱镜分光可得到氦的线光谱。波长表波长447.1471.3492.2501.6587.6667.8706.6颜色蓝紫蓝蓝绿浅绿黄大红暗红二、最小偏向角法测折射率入射光和出射光之间的夹角最小时，入射角与出射角大小相等。由几何原理及折射定律可得棱镜玻璃的折射率为：操作：将三棱镜侧放于小平台，使得入射光方向如i，在另一个光学面i方向通过肉眼观察到平行光管出射镜口，镜口中有9条谱线，用手指在镜口与三棱镜之间轻轻挡住（不能触摸），谱线消失（排除其他人实验的干扰），换成望远镜观察这些谱线。转动小平台，当棱镜转到某个位置时，谱线不再移动，继续使棱镜沿原方向转动时，谱线反而向相反方向移动，即偏向角反而变大，这个转折位置就是最小偏向角位置。检查确认后，测出此时出射光的方位，与入射光方位相减得到该谱线的最小偏向角。三、三棱镜顶角测量原理1、自准法测三棱镜顶角由图可知，只要测出三棱镜两个光学面的法线之间的夹角，即可求得顶角。 操作：用望远镜正对一个光学面，观察到2-8位置处像，记录位置，在另一个光学面重复该操作，两个位置只差即为2、平行光管法测三棱镜顶角一束平行光被三棱镜的两个光学面反射后，只要测出两束反射光之间的夹角，即可求得顶角【实验数据与数据处理】1. 实验条件：姓名：曾毅强 座位号：15 三棱镜编号：15 =1 入射光方位：= 3045 ；= 1244 2.实验数据用自准法测量三棱镜定角A的数据记录表：测量序号123游标游标游标游标游标游标第一位置7401874051918518194119940第二位置247456745245246522259457943119551195511955119561195611957119551195611957计算sx=12+122=1随=tPsx=2.45则A总=A仪2+A随2=2.65对三次的取平均，得=11956，因此三棱镜顶角A=6042.65测量最小偏向角的数据记录表：氦谱线波长/nm447.1250457043532053215320.55242.251.6683471.32512171185244524652455624.51.6628492.225143714252225222522256131.6590501.6251517152521352135213568.51.6577587.625327315135135135533.51.6463667.8253397339502650255025.55514.751.6400706.6253527350501350145013.5558.751.6380计算：sx=1-2随=tp1sx1 （其中v=n-1=1）总=随2+仪2由 nn=lnn22+lnnA2A2=2cotA+22+A2cotA+2-cotA22（1）取实验中一组数据（黄光）513 A=604代入，有=0.00083n=1.646253793 得=0.0014 故n可取4位有效数字故n=1.64630.0014（黄光）数值分析，由计算机拟合曲线如图，得出nc=1.64229，nD1.64753，nF=1.66154，平均色散=0.01925，色散本领=0.02972。小结： 色散曲线中D线折射率=1.64753，波长589.3nm而表格中得出的黄光折射率1.6463，波长587.6nm，从折射率变化趋势，即波长越长，折射率越小，似乎是矛盾的，但是如果考虑结果在不确定度范围内的可能误差，以及色散曲线也会出现的误差，就可以容忍这样的不符。思考题1、 当转动小平台180反复调节使望远镜主轴垂直于分光计主轴时，小平台是否也同时调好到垂直于主轴了？为什么？否。平面镜平面垂直度盘平面但小平台平面不一定平行度盘平面。2、 根据折射定律，请结合图4.3.13定性分析入射光的方位应处于何种情况时才可能找到最小偏向角？（c）。ab中折射光均射向非光学面，无法射出。3、 根据本实验的原理怎样测量光波波长？根据，得出折射率n，再带入色散曲线中找出波长。4、 试根据