B2-分光计测三棱镜折射率

1、物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉一、实验目的一、实验目的课题实验课题实验实验方法实验方法实验技术实验技术光学系统的自准直原理及方法光学系统的自准直原理及方法分光计的调节和使用分光计的调节和使用三棱镜顶角和最小偏向角的测量三棱镜顶角和最小偏向角的测量物理现象物物理现象物理原理理原理三棱镜色散谱线的观察三棱镜色散谱线的观察最小偏向角测折射率最小偏向角测折射率光谱定性分析光谱定性分析物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉光的色散和偏向角光的色散和偏向角可以证明，当可以证明，当i1

2、=i4、 i2=i3时，时，有最小偏向角有最小偏向角0.光源光源平行光平行光色散分光色散分光谱线信息谱线信息0sinsin2sinsin2AinA物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉二、实验仪器二、实验仪器物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉1、分光计的构造原理、分光计的构造原理物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉2、分光计的调节方法、分光计的调节方法三垂直三垂直:望远镜光轴垂直中心转轴；载物平台垂直中望远镜光轴垂直中心转轴；载物平台垂直中心转轴；平行光管轴垂直中心转轴心转轴；平行光管轴垂直中心转轴调节要求调节要求调节步骤调节步骤望远镜调节望远镜调节望远镜轴

3、线及平台与中心转轴垂直望远镜轴线及平台与中心转轴垂直平行光管轴线与中心转轴垂直平行光管轴线与中心转轴垂直目测粗调目测粗调物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉 （a）将双面反射镜放在载物台上，使双面镜的两反射面与望远镜大致垂直。这一步需要调节载物台的三个调平螺丝以及望远镜的高低调节螺丝来完成。(2)(2)用自准法调节望远镜聚焦无穷远用自准法调节望远镜聚焦无穷远物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉（b b）点亮照明小灯，调节目镜与分划板间的距离，看清）点亮照明小灯，调节目镜与分划板间的距离，看清分分划板上的黑色叉丝细线和带有绿色的小十字窗口划板上的黑色叉丝细线和带有绿色的小

4、十字窗口（目镜对（目镜对分划板调焦）分划板调焦）（c c）从望远镜的目镜中观察到绿色反射十字像，前后移动）从望远镜的目镜中观察到绿色反射十字像，前后移动目镜对望远镜调焦，使目镜对望远镜调焦，使反射像清晰且与叉丝无视差反射像清晰且与叉丝无视差。此时。此时分划板平面、目镜焦平面、物镜焦平面重合在一起，望远分划板平面、目镜焦平面、物镜焦平面重合在一起，望远镜已聚焦于无穷远（即平行光经物镜聚焦于分划板平面镜已聚焦于无穷远（即平行光经物镜聚焦于分划板平面上），能接受平行光了上），能接受平行光了物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉(3)用半近调节法调节望远镜光轴与仪器主轴相垂直 判断望远镜光轴

5、与仪器主轴垂直的依据是：由反射镜两个面反射的十字像在上面的水平叉丝上。否则，用半近调节法调节，具体调节方法如下：否则，用半近调节法调节，具体调节方法如下：物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉注意：望远镜调节水平后，螺丝注意：望远镜调节水平后，螺丝d d千万不能再转动，否则重新调节千万不能再转动，否则重新调节载物台转动载物台转动180180物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉(4)(4)调节平行光管调节平行光管（b b）打开狭缝，从望远镜中观察，同时调节平行光管狭缝与）打开狭缝，从望远镜中观察，同时调节平行光管狭缝与透镜间距离，直到看见清晰的狭缝像为止，然后透镜间距离，直

6、到看见清晰的狭缝像为止，然后调节缝宽调节缝宽使使望远镜视场中的缝宽约为望远镜视场中的缝宽约为1mm1mm（a a）目测粗调目测粗调至平行光管光轴大致与望远镜光轴相一致至平行光管光轴大致与望远镜光轴相一致物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉（d d）消除视差消除视差 微微改变平行光管的狭缝与会聚透镜的相对位置；微微改变平行光管的狭缝与会聚透镜的相对位置；并稍微移动望远镜的目镜套筒及转动目镜，最后并稍微移动望远镜的目镜套筒及转动目镜，最后达到移动头部时，准线与像无相对移动为止。达到移动头部时，准线与像无相对移动为止。（c c）调节平行光管的）调节平行光管的倾斜度倾斜度，使狭缝中点与，使

7、狭缝中点与“”准线的中心交点重合，准线的中心交点重合，缝长适当这时平行光管与望远镜的光轴在同一水平面内，并与分光计中缝长适当这时平行光管与望远镜的光轴在同一水平面内，并与分光计中心轴垂直。心轴垂直。物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉3 3、分光计的测量方法、分光计的测量方法分光计测角度（两条光线的夹角）的方法分光计测角度（两条光线的夹角）的方法测量时，测量时，刻度盘固定，刻度盘固定，望远镜带动游标盘一起转动望远镜带动游标盘一起转动，刻度盘，刻度盘与游标盘之间相对运动的角度即为望远镜转过的角度。与游标盘之间相对运动的角度即为望远镜转过的角度。望远镜通常先对准某条光线（如入射光），转

8、动后对准另一望远镜通常先对准某条光线（如入射光），转动后对准另一条光线（如折射光），望远镜转过的角度就是这两条光线之条光线（如折射光），望远镜转过的角度就是这两条光线之间的夹角。间的夹角。物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉望远镜旋转角度读数和计算公式望远镜旋转角度读数和计算公式分光计的读数与游标卡尺的读数类似。分光计的读数与游标卡尺的读数类似。如图，游标的零刻度线对准的刻度盘读数为如图，游标的零刻度线对准的刻度盘读数为250o22。3、分光计的测量方法、分光计的测量方法物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉主刻度盘主刻度盘游标盘游标盘游标窗口游标窗口游标窗口游标窗口偏心

9、差的消偏心差的消除？除？物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉设望远镜竖直叉丝先对准某条光线，设望远镜竖直叉丝先对准某条光线，此时，左右两个游标的零刻度线分此时，左右两个游标的零刻度线分别对准刻度盘上的两个值（别对准刻度盘上的两个值（ 左左和和 右右），当望远镜竖直叉丝对准另一条），当望远镜竖直叉丝对准另一条光线后，左右两个游标的零刻度线光线后，左右两个游标的零刻度线分别对准刻度盘上的另两个值（分别对准刻度盘上的另两个值（ 左左和和 右右）。）。左右右左望远镜旋转角度读数和计算公式望远镜旋转角度读数和计算公式(消除偏心差消除偏心差)( )( )左左右右23、分光计的测量方法物理科学与

10、技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉三、实验原理三、实验原理 入射光入射光 LD与出射光与出射光ER的夹角的夹角 称为偏向角。当改变入称为偏向角。当改变入射角时，偏向角也会改变，射角时，偏向角也会改变，在某个入射角处，偏向角最小，在某个入射角处，偏向角最小，称最小偏向角称最小偏向角 m。三棱镜对入射光线的。三棱镜对入射光线的 m与其对入射光的折与其对入射光的折射率存在单值关系射率存在单值关系minsin2sin2n可见可见, ,通过测定棱镜顶角和某单色光在棱镜中的最小偏向角通过测定棱镜顶角和某单色光在棱镜中的最小偏向角可得棱镜对该单色光的折射率可得棱镜对该单色光的折射率. .物理科学与技术学

11、院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉4.1 4.1 三棱镜顶角测量三棱镜顶角测量注意：由三棱镜两个反射面反射的十字像，由于透射率较高，注意：由三棱镜两个反射面反射的十字像，由于透射率较高，十字像比较浅，在寻找十字像时要认真十字像比较浅，在寻找十字像时要认真1.1.调节三棱镜，使其主截面垂直于分光计主轴调节三棱镜，使其主截面垂直于分光计主轴四、实验步骤四、实验步骤物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉三棱镜顶角的测定，一般将三棱镜的两个光面所夹的棱三棱镜顶角的测定，一般将三棱镜的两个光面所夹的棱放置在载物台的正中放置在载物台的正中( (否则否则 棱镜折射面的反射光不棱镜折射面的反射光不能进

12、入望远镜能进入望远镜) )，然后大致左右对称地放上三棱镜。，然后大致左右对称地放上三棱镜。载物平台载物平台ABC平行光管平行光管ABC平行光管平行光管载物平台载物平台四、实验步骤四、实验步骤物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉211801802211A4122211A注意：在测量时为克服偏心差，每次读取注意：在测量时为克服偏心差，每次读取刻度时，要记录两个刻度值。刻度时，要记录两个刻度值。 ABC望远镜ABC望远镜bb12反射法反射法 直准直法直准直法2.2.测量顶角测量顶角A A的方法的方法四、实验步骤四、实验步骤物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉1.1.顶角应放在

13、靠近载物台中心处顶角应放在靠近载物台中心处, ,否则发射光线不能进入否则发射光线不能进入望远镜望远镜; ;2.2.利用望远镜转动微调螺丝使分划板上的竖叉丝与狭缝像利用望远镜转动微调螺丝使分划板上的竖叉丝与狭缝像对准对准. .3.3.多次测量多次测量(3(3次以上次以上),),求顶角的平均值求顶角的平均值. .注意事项注意事项四、实验步骤四、实验步骤物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉21nAB1. 1. 观察汞光谱，观察光谱线排列及入射角改变时所观察观察汞光谱，观察光谱线排列及入射角改变时所观察到的现象；到的现象；4.24.2测量绿光的最小偏向角测量绿光的最小偏向角2. 2. 根据

14、最小偏向角的概念根据最小偏向角的概念, ,测量汞光谱中绿色光的最小偏向测量汞光谱中绿色光的最小偏向角角. .四、实验步骤四、实验步骤物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉最小偏向角概念21nAB四、实验步骤四、实验步骤物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉方法方法a.a.移动望远镜移动望远镜, ,使之使之能在视场中能看到能在视场中能看到狭缝像。狭缝像。b.b.移动载物台移动载物台, ,找到找到狭缝像的转折点狭缝像的转折点( (偏偏向角不再减小向角不再减小, ,反而反而增大的位置。增大的位置。望远镜望远镜转折点转折点折射方向折射方向入入射射方方向向最小偏向角测量方法最小偏向角

15、测量方法物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉c.c.移动望远镜移动望远镜, , 使竖直瞄准使竖直瞄准线与狭缝像的转折点处重合线与狭缝像的转折点处重合d.d.转动载物台转动载物台, ,验验 证重合与否。证重合与否。e.e.分别从两游标分别从两游标读数。记为读数。记为 和和 。左1右1转折点转折点f.拿掉三棱镜，测量白拿掉三棱镜，测量白光谱线，读得光谱线，读得 和和左2右22|1212min右右左左物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉 ( 2-1 + 2-1 )/2 平行光管平行光管2 2 望远镜平行光管平行光管1 1 望远镜望远镜最小偏向角测量最小偏向角测量物理科学与技术

16、学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉 特别提请注意：特别提请注意： 在同一介质中，不同波长光的传播速度不同 ，折射率不同，最小偏向角也不同。因此，当再测另一波长光的最小偏向角时，应重复上述操作。 我们通常说的折射率，是对钠黄光（波长：589.3nm）而言的。 物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉测量最小偏向角步骤测量最小偏向角步骤三棱镜置于平台上三棱镜置于平台上转动望远镜，观察折射光（汞光谱六条谱线）转动望远镜，观察折射光（汞光谱六条谱线）转动载物台，改变入射角，对绿光寻转动载物台，改变入射角，对绿光寻找最小偏向角找最小偏向角找到最小偏向角时，用望远镜竖直找到最小偏向角时，用望远镜竖

17、直叉丝对准折射光叉丝对准折射光分光计调节正常状态分光计调节正常状态读出此时刻度盘的左右两个读数读出此时刻度盘的左右两个读数反复多次反复多次勿动三勿动三棱镜棱镜物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉注意事项注意事项1 1、调节分光计时，每调好一步，调好的部件、调节分光计时，每调好一步，调好的部件不要碰动。不要碰动。2 2、测量时，刻度盘一定要固定，望远镜和游标、测量时，刻度盘一定要固定，望远镜和游标盘一定要锁定。盘一定要锁定。3 3、绿折射光较弱，看不到时可将狭缝调大些。、绿折射光较弱，看不到时可将狭缝调大些。物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉五、数据处理数据记录表格数据记录表格1 1、测棱镜顶角、测棱镜顶角( (自准直法自准直法) )物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉五、数据处理计算折射率时注意有效数选取。计算折射率时注意有效数选取。2 2、测最小偏向角、测最小偏向角物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉顶角A的不确定度 3BuA 22CABuAuAuA最小偏向角的不确定度5211mimiAmun n 5211iiAAAuAn n3Bmu22CmAmBmuuu CAAuAmmCmu物理科学与技术学院物理科学与技术学院胡君辉胡君辉n的不确定度 22222sincos222sin2sin22