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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划大学物理实验报告,三棱镜色散曲线的研究普通物理实验报告系别：物理学院实验分组：11组2号姓名：戴展鹏学号：同组姓名：无实验日期：XX-11-16教师评定：【实验名称】分光计【目的要求】1.2.3.4.5.了解分光计的结构,作用和工作原理;掌握分光计的调节要求,方法和使用规范;用分光计测定三棱镜的顶角;用掠入射法测定玻璃的折射率;用三棱镜的最小偏向角法测定玻璃的折射率.【仪器用具】【2号仪器】分光计,玻璃三棱镜,钠光灯,平面反射镜,毛玻璃.【实验原理】1.测定玻璃三棱镜的顶角当三棱镜主
2、载面与仪器转轴垂直时,由光路图可知,当入射光沿垂直AB,AC方向入射时,其夹角?180?A.故顶角A?180?.为消除偏心差提高精度,我们读两次数,则有:1?1?)?(2?1?)?(22(1)2.用掠入射法测定玻璃的折射率用单色光(钠黄光)照射顶角为A的三棱镜,入射角为i,经两次折射后以角射出.则根据下页图,由折射定律我们有:普通物理实验报告系别：物理学院实验分组：11组2号姓名：戴展鹏学号：同组姓名：无实验日期：XX-11-16教师评定：n0sini?nsinsi?n0sin其中no为空气折射率,可近似为1;n为玻璃折射率.由r和r的几何关系得到:r?r?A掠入射时i?90?,sini?1,
3、因此我们有折射率的公式:n?(2)3.用三棱镜的最小偏向角法测定玻璃的折射率如图所示,光线经三棱镜折射产生偏向角,当光路关于棱镜中截面对称时,最小,为m,.设顶角A,空气折射率为n0?1.则:sinn?A?msin2(3)【实验内容】1.调光路(1)调节望远镜聚焦于无穷远.旋转望远镜目镜可使分划瓣上“|”刻线清晰.调节镜筒可系别：物理学院实验分组：11组2号姓名：戴展鹏学号：同组姓名：无实验日期：XX-11-16教师评定：使平面镜反射回来的“”在分划板上成像清晰.此时望远镜聚焦于无穷远.(2)调节望远镜光轴垂直于仪器转轴.调节载物台调平螺钉及望远镜仰角调节螺钉,最终使平面镜转动180前后反射回
4、来的“”都与“|”刻线上面的那个“”重合.调节时可先使平面镜与三个螺钉中的两个的连线共面,调节第三个螺钉,完成后将平面镜转90再次调节,此时不应再动望远镜的仰角螺丝.(3)调节平行光管产生平行光.粗调平行光管使其与望远镜共轴,对准光源后再细调,使狭缝的像清晰并与“|”刻线中的竖线平行.(4)调节平行光管仰角螺丝使狭缝的像在目镜中关于中线对称.则平行光管光轴与转轴垂直.2.测三棱镜顶角将三棱镜置于载物台上,使其一侧面与望远镜光轴垂直.调节载物台平面使棱镜面反射回来的“”与“|”刻线上的上面那个“”重合.再转动载物台至另一镜面同样调节.反复调节使“”始终落与“|”刻线的上面那个“”.读出两次望远镜
5、垂直于镜面时的刻度.3.掠入射法测玻璃折射率目测使光源光线与棱镜一面平行.在光源前加毛玻璃得到单色扩展光源.旋转望远镜观察折射光,当刻线与折射光明暗分界线重合时记录刻度值.再使望远镜垂直棱镜寻找法线刻度值.4.测最小偏向角将平行光管对准光源,望远镜与平行光管位置关于棱镜对称.从目镜观察折射光,旋转棱镜对观察折射光在目镜中的移动,当其向一边移动达到极值时固定棱镜,再旋转望远镜使期中“|”刻线中线对准折射光.记录此时刻度值.保持平行光管不动,旋转望远镜直接观察平行光,记录刻度值.【实验数据】1.三棱镜顶角A.Table1三棱镜顶角A测量数据1?次1232493927148153281?2?2?12
6、003120011200069429148333291293731503329309382114821328其中?的值由公式(1)得到.由于刻度盘有时绕过了一圈,所以有些读数需要增加或减少360再代入公式A?180?计算.计算得:?120?01?A?59?59?系别：物理学院实验分组：11组2号姓名：戴展鹏学号：同组姓名：无实验日期：XX-11-16教师评定：2.掠入射法测得的折射率n.Table2掠入射法测得的折射率n数据1?1?次123所以?41?23?2?2?41224122412417204138561694035204318583494221325180182110430938020
7、3106代入公式(2),计算得玻璃折射率:n?3.最小偏向角法测得的折射率n.Table3三棱镜的最小偏向角法测定玻璃的折射率n数据?1?1?2次123所以?53?32?2?206201123518016262229233017152501660723337332505331346085333305349533130代入公式(3),计算得玻璃折射率:n?【分析与讨论】本实验中光路调节最为重要,是测量值准确的基本保障.实验中调节载物台平衡的时候一定要注意三个螺钉的调节顺序和位置先将镜子与某一条线平行放置,调节另外两个螺钉,然后转90,调节剩下那个螺钉.如此反复.这样做比乱调要容易调出来.放棱镜的
8、时候应注意摆放,首先载物台不能太高,其次要防止小标尺被转到看不到读数的位置,这样光路就得重调了.从实验结果可知两方法所测的折射率几乎相同,这也从一个侧面验证了实验的正确性.三棱镜顶角A的数值在后两个实验中都有使用,因此测量应该尽可能正确.由于测量数据只有三组,在此就不对结果的不确定度进行计算了.光的色散特性的研究光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面时，就要发生反射和折射，光线将改变传播的方向，在入射光与反射光或者折射光之间就有一定的夹角。反射定律、折射定律等正是这些角度之间的关系的定量表述。一些光学量，如折射率、光波波长等也可通过测量有关角度来确定。因而精确测量角度，在光学实验中显得尤为重要
9、。分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种光学仪器，可用它来测量折射率、光波波长、色散率等。分光计的基本部件和调节原理与其它更复杂的光学仪器有许多相似之处，学习和使用分光计也为今后使用精密光学仪器打下良好基础。分光计装置较精密，结构较复杂，调节要求也较高，这对初学者来说，往往会感到困难些。但只要在实验过程中注意观察现象，了解分光计的基本结构和测量光路，严格按调节要求和步骤耐心进行调节，就一定能够达到较好的要求。本实验是在实验314用衍射光栅测量光的波长实验基础上的一个实验项目，有关分光计的结构、使用方法和调节步骤请认真阅读实验314中的相关内容。【预习提示】1复习实验314中分光计
10、的调节方法和步骤，明确分光计的调节要求。2用三棱镜调节分光计时，三棱镜应按什么位置放在载物台上？这样放的好处何在？3如何判断偏向角减小的方向？如何寻找最小偏向角位置？跟踪谱线时能否将载物台与望远镜同时旋转？【实验目的】1在实验314的基础上，进一步熟练掌握分光计的调节和使用方法。2掌握用最小偏向角法测定三棱镜对各色光的折射率。3观察色散现象，测绘三棱镜的色散曲线，求出色散曲线的经验公式。【实验原理】本实验中应该首先搞清楚以下几个概念：视差：所谓视差是指当两个物体停止不动时，改变观察者的位置，一个物体相对于另一物体有明显移动的现象。在光学仪器的调节中，当人的眼睛从一侧移到另一侧时，像相对于分划板
11、的十字叉丝有明显的移动，即出现视差，说明像与十字叉丝不在同一平面。如果当眼睛移到右边时，像就移到十字叉丝的左边，说明这时的像是在眼睛与十字叉丝之间；如果当眼睛移到右边时，像就移到十字叉丝的右边，说明这时像是在十字叉丝之前。反之，如果眼睛左右移动时，像与十字叉丝之间没有相对移动，像与十字叉丝就在同一平面，说明聚焦已经调好。因此，光学实验中常根据视差现象来判断像与物是否共面。平行光：当点光源正好处在凸透镜焦平面上时，由点光源发出的光经过凸透镜后，将形成一束平行光。自准法：当光点处在凸透镜的焦平面上时，它发出的光线通过透镜后将形成一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过
12、透镜后会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将落在光点相对于光轴的对称位置上。1用最小偏向角法测量三棱镜的折射率当光线从一种介质进入另一种介质时，即发生折射，其相对折射率由入射角的正弦和折射角正弦之比确定。由于仪器不能进入棱镜之中观测折射光，故只好让光线经过棱镜的两个界面回到空气中来，再来测量某一单色光经过两次折射后产生的总偏向角。如图451所示，一束平行单色光LD入射到顶角为的三棱镜的AB面上，经过两次折射后由另一面AC沿ER方向射出，则入射光线LD和AB面法线方向的夹角i1称为入射角，出射光线ER和AC面法线的夹角i4称为出射角。入射光线LD与出射光线ER之间的夹角称为偏向角。当三棱镜顶角?一定时
13、，偏向角的大小是随着入射角的改变而改变的。可以推证，改变光线的入射角时，可以找到一个最小偏向角min。若调节三棱镜使入射角i1等于出射角i4，这时根据折射定律可知i2?i3，与此相应的入射光线和出射光线之间的夹角最小，称为最小偏向角，记为min。由图451可知：?(i1?i2)?(i4?i3)当i1?i4，i2?i3时，入射光线和出射光线相对于棱镜呈对称分布。用有：min2min代替，则(i1?i2)又因为此时：顶角?i2?i3?2i2，故得：i2?2i1?min?2所以，棱镜对该单色光的折射率由折射定律可写成：图451三棱镜光路图1sin(?min?)sini1n?1sini2sin?2根据
14、式，只要测出顶角和最小偏向角该棱镜玻璃相对于空气的折射率n。2色散及色散特性早在1672年牛顿用一束近乎平行的白光通过玻璃棱镜时，在棱镜后面的屏幕上观察到一条彩色光带，这就是光的色散现象。它表明：当入射光不是单色光时，虽然入射角对各种波长的光都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不相同。物质的折射率与通过物质的光的波长有关，对于不同波长的光线有不同的折射率n，即折射率n是波长的函数。折射率随波长而变的现象称为色散。介质的折射率n随波长的增加而减小的色散称便可求得对于所用波长的光线，min，为正常色散。对于一般的不带颜色的透明材料而言，在可见光区域内，都表现为正常色散。描述正常色散的公式是科希于1836年首先得到的：n?A?
