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1、大学物理实验报告实验名称:分光仪的调节和三棱镜顶角的测定三棱镜玻璃折射率的测定姓名 学号 班级第 组 桌号实验时间2 0 _年月日一、实验目的1. 了解分光仪的结构，掌握分光仪的调节和使用方法;2. 测量三棱镜的顶角；3. 测定三棱镜玻璃的折射率。二、实验仪器及器件二棱镜。分光仪，汞灯，平行平面反射镜，三、实验原理1. 用自准法测量三棱镜的顶角望远镜利用望远镜自身产生平行光， 固定平台，转动望远镜，先使棱镜 AB面反射的十字像与叉丝重合（即 望远镜光轴与三棱镜AB面垂直）， 记下刻度盘两边的方位角读数e、 e。然后再转动望远镜使ac面反射 的十字像与叉丝重合（即望远镜光轴与ac面垂直），记下读
2、数e和e 用自隹法测三棱镜顶角（注意e 与e2不能颠倒），两次读数相减即得ZA的补角。故ZA=180 ，即/LA 180 （S + 2） 2第1页共7页11800 - 2 （e； e+ （e； e2）石家庄铁道学院大学物理实验室用平行光法测三棱镜顶角经三棱镜折射的光线只要测出三棱镜的顶角A和最小偏向角8，就可按上式求出三棱镜材料（玻璃）的折射率。四、实验内容1.分光仪的调节min严格按照步骤进行，先后次序决 不能颠倒2. 用平行光法（又叫反射法、分裂光束法）测量三棱镜顶角 平行光管射出的光束照射在三棱镜的两个光学面上。将望远镜转到一 侧（如左边）的反射方向上观察，把 望远镜叉丝对准狭缝像，此时
3、读出两 个窗口的方位角读数9与9 ；再将望 远镜转到另一侧，把叉丝对准狭缝像 后读出91和9 2，则三棱镜的顶角为：AA = - 2=W佗9；叩敝02哽）3. 测定三棱镜玻璃的折射率光线以入射角i1投射到三棱镜的AB 面上，以i2角从AC出射，出射光线和入 射光线的夹角5称为偏向角。6的大小随 入射角i1而改变。当i1= i2时，偏向角取极 小值8 ，称为最小偏向角。它与三棱镜 的顶角A和折射率n之间有如下的关系：AAsini2A调节时，首先应该进行目测粗调，使望远镜、平行光管大致垂 直于仪器主轴，使载物平台下的三个调节螺丝支撑平台高度基本一 致。在粗调的基础上进行细调，调节时按如下三个步骤进
4、行：（1）使望远镜对无穷远聚焦。调节望远镜的物镜（注意此时不能再调节目镜），使十字像清晰，并且要求像与叉丝二者间没有视差（轻轻晃动眼睛，看到的十字像与 叉丝无相对位移即无视差，否则说明有视差）。这时望远镜已聚焦于 无穷远，即能够接收平行光。（2）调整望远镜光轴与仪器主轴垂直。在望远镜中已经看到从平面镜的一个平面反射回来的十字像，现 在把平台（连同平面镜）转过180，从它的另一个平面找反射回来的 十字像。如果两面反射回来的十字像都与叉丝重合，则说明望远镜与 仪器主轴垂直，这也是判断“垂直”的标准。这里所说的“重合， 是指十字像与叉丝的横线等高，即微微转动平台时，十字像恰好能沿 着叉丝的横线走。（
5、3）调整平行光管，使其光轴与仪器主轴垂直并且能够发出平行光。A.调整平行光管光轴与仪器主轴垂直。调节平行光管下面的螺丝达到要求。B-使平行光管发出平行光。2.测量三棱镜的顶角（1）调节三棱镜：要求三棱镜的待测顶角A的两 个侧面都与仪器主轴平行。改变狭缝与平行光管透镜间的距离（拉进拉出狭缝体），使望远 镜中看到清晰的狭缝像，并且没有视差，这时平行光管即已能够发出 平行光。不能再调望远镜和平 行光管的聚焦和高低把三棱镜放在平台上，土1=J 一/为了便于调节，应将棱镜三边分别垂直于平台下三个螺丝的连线。调 节使反射回来的十字像与叉丝横线重合。（2）用自准法测三棱镜顶角：按实验原理测量两次取平均值。（
6、3）用平行光法测三棱镜三棱镜的顶角应放接近平 台中心位置的地方，否则会 给找狭缝像带来困难顶角：按实验原理测量两次取二： 平均值。3.测定三棱镜玻璃的折射率（1）三棱镜在平台上不要拿下来,接着往下做。（2）转动载物平台，使三棱镜顶角A两个侧面（光线入射面和光 线出射面）中的光线出射面大致垂直于平行光管。行光管（3）先用眼睛观察，找到折射光线狭缝像。然后分别向顺时针方向和逆时针 方向轻轻转动载物平台（即改变入射角），注意观察狭缝像移动方向。找到最小偏 向角的位置。 一1. 找绿色谱线（546.07nm）所对应的最小偏向角2. 细心！找到的应确实是那个“临界”位置，即 不管平台往哪个方向做一些转动
7、，谱线都往回走（4）找到最小偏向角的位置，使望远镜的十字叉丝 与折射光线的狭缝像重合，记下两窗口的读数e 1和0 2。B望远镜用望远镜看狭缝像(2)（5）转动平台，交换入射、出射面（从另一个方向 找最小偏向位置），重复步骤（2）、（3）、（4）记下两窗 口的读数0和气。（6）重复上述步骤，共测量三组数据。（7）用上述方法测出的角度是二倍的最小偏向角， 所以计算最小偏向角的公式应该是8 只（0 -0 ）+（0 -0 ）min 42211五、数据记录与处理1.测量三棱镜顶角记录数据表格0102002自准法15028195028255029（过零点）7502815027195029255o28（过零
8、点）75029平行光法25805178050（-过零点）1805119805125805078(51(过零点)18051198051数据处理:ZAi=18Oo-1/2(36Oo-255o29, )+15。28 + (195。28-75。28 )=60。00 同理，NA2=6Oo。自准法计算为：小=1/2（ZA1+ ZA2）=6OoOO 1、1 “u =、：(3)2(u 2 + u 2 + u 2 + u 2)= v(1 +1 +1 +1)= 1 (推导公式与结果)V 201020102，2结果表示为：4=ZA uZA =6000。 平行光法计算为：ZX =1/2(ZA1+ ZA2)=60000
9、rUZX三r （推导公式与结果）结果表示为：ZX= ZX 土 u = 60000 + 1，ZX2.测量三棱镜折射率记录数据表格测量次数最小偏向位置1最小偏向位置2010200 2 111044191042268046880472110431910432680488804531104519104126804788046平均值1104419104226804788046以顶角X=60o10代入计算折射率n,并算出测量的不确定度。5 min = 1 （0 2- 0 2）+（ 0- 01）=51028u= = 15 min（推导公式与结果）折射率n =sin-X sin .+ X 幕I 251。28
10、+ 600002=空= 1.536Sin3001/ 22dn(b)2 霜+ min(推导公式与结果)n=(1.526 0.003)(L)2 U2 = J0572 X 0.00032 + 0.862 X 0.0032 三 0003折射率结果表示为：六、预习题（1）在调节望远镜时，你如何判断十字叉丝和十字像是否在同 一平面上（即如何判断有无视差）？答：轻轻晃动头，使眼睛看到的十字像与叉丝无相对视差（2）调节望远镜光轴与仪器主轴的垂直关系时，两面反射回来 的十字像都偏上（或都偏下）；B 一面偏上、一面偏下，分别应如 何调节？如果一面偏上3i，另一面则偏下s这时应如何调节，怎样迅速使两面反射的像都与叉
11、丝重合？答：都偏上（或下），说明望远镜与仪器主轴彳垂直，而载物台与仪器主轴垂直。若像上下对称，说明望远镜正常而载物台倾斜。通过渐进逼近方法调节，即：先调望远镜使偏上的3a下降a,然后调载物 台使上下对称的2a回到正确位置。（3）载物平台 下边有三个调节螺 丝用来调节其倾斜 度，为了在实验中 便于调节，对于平 面镜和三棱镜应分 别如何放置（画图 说明）？（4）在测角时某个游标读数第一次为343。56，第二次为33。28， 游标经过圆盘零点和不经过圆盘零点时所转过的角度分别是多 少？过零点时，平=（3600 + 33028） - 343056 = 4%32彳过零点时，平=343056 - 33。2
12、8 = 310028（5）在测量最小偏向角时，能否不转动平台，而是让三棱镜相 对平台转动来获得，为什么？彳能！原因：三棱镜在载物台上的位置要调节到光学而法线与仪器主 轴垂直，然后才能进行物量。而让三棱镜相对平台转动会破坏这个条件（6）在实验中如何确定最小偏向角的位置？先用眼睛观察，找到折射光线狭缝像。然后分别向顺时针方向和逆时针方 向轻轻转动载物平台（即改变入射角），注意观察狭缝像移动方向。找到最小偏向 角的位置。（7）若找到了一种单色光的最小偏向角位置，此时其它单色光是 否也同时处于最小偏向位置？为什么？此时，其它单色光不处在最小偏向角位宽。原因折射光线与光波波长有关，不同波 长最小偏向角金
13、不同。九、课后作业题（1）若角游标刻度盘中心O跟游标中心O不重合（如图，但画时夸大了），则游标转过6角时，从刻度盘读出的角度61尹62尹6O，O3,但6总等于6 1和6 2的平均值，艮口巾够e = 2G +巾）试证明之。、.奴 j、/利用圆周角和圆心角的关系自己证明，此 处从略！（2）用平行光法测量三棱镜顶角时，为什么应把顶角置于载物平台中心附近？试作图说明之。原因：望远镜的中心轴与载物台的中心轴向为一轴，望远/彳】光镜活动范围限制在以中心轴为中心旋转且只能接收平的光。因 /此，望远镜只能接收由中心o点发出的径向光线。其它光线不能 A ! 接收。如图所示。y%/（3）如果三棱镜的质料不变，顶角
14、变大（或变小），税用同样的光源测量，其折射率及最小偏向角有无变化，如何变化？折射率只与质料及光源有关。当光源不变、质料不变，其折射率不变。顶角变大（或 变小），最小偏向角随之变大（或变小）。（4）如果三棱镜的顶角不变，质料变化，用同样的光源测量，其 折射率及最小偏向角有无变化，如何变化？折射率只与质料及光源有关。当光源不变、质料变化，其折射率改变。当折射率变 大（或变小），最小偏向角随之变大（或变小）。本实验数据处理的几点说明：1、测量角度的不确定度计算，由于测量次数较少，不再考虑A类不确定度贡献，只考虑B类分量。2、当计算的不确定度小于仪器误差限时，以仪器误差限表示结果的不确定度 大小。3、在计算折射率n的不确定度时，要将直接测量量不确定度的角度表示化为 弧度表示后，再代入传递公式中去计算。
