三棱镜顶角和最小偏向角的测量.doc

2.30三棱镜顶角和最小偏向角的测量分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪，光学中的为光线的偏转角，因而利用它可测量波光学仪器（棱镜光谱仪、仪栅所以分光计是光学实验中的到准确的结果，它的调整技在于着重训练分光计的调整等都可以直接或间接地表的测量光学平面间的夹角的基本结构也是以它为基经过一系列的精细的调整的，本量如波长，折射率射率，此外还能精确光谱仪、分光光度计、单色仪等）本仪器之一使用分光计时必须术是光学实验中的基本技术之一，技术和技巧，并用它来测量三棱镜必须正确掌握本实验的目的的偏向角实验目的】（1）了解分光计的原理，掌握分光计的调节的方法2）学会用分光计测三棱镜的顶角和最小偏向角实验原理】1.分光计的结构分光计主要由底座、平行光管、望远镜、载物台和读数圆盘五部分组成外形如图1所示9图1分光I— 狭缝装置；2—狭缝装置锁紧螺钉；3—平行调节螺钉（3只）；7—载物台锁紧螺钉；8—望远II— 目镜调节手轮；12—望远镜仰角调节螺钉；钉；15—转座与刻度盘止动螺钉；16—望远镜止动螺钉；座；20—刻度盘；21—游标盘；22—游标盘微调螺钉；23—游标盘止动螺钉；24—平行光管水平调节螺钉；25—平行光管仰角调节螺钉；26—狭缝宽度调节手轮丫、（1）底座一一中心有一竖轴，望远镜和读数圆盘可绕该轴转动，该轴也称为仪器的公共轴）或主轴。

•W（2）平行光管一一是产生平行光的装置，管的一端装一会聚透镜，另一端是带有狭缝的圆筒，狭缝宽度可以根据需要调节3）望远镜一一观测用，由目镜系统和物镜组成，为了调节和测量，物镜和目镜之间还装有分划板，它们分别置于内管、、外管管内，三个管彼此可以相互移动，也可以用螺钉固定参看图2,在中管的分划板2紧贴一戈色，仅留一个绿色的小十字窗口光线从小棱镜的板上，透光部分便形成一个在分划板上的明亮的十字窗制动架（二）；5—载物台；6—载物镜锁紧螺钉；10—阿贝式自准直目y动架（一）；18—底座；19—转射小棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑边入射，从45°反射面反射到分划勺刻线调焦方法是把目镜调焦^止4)载物台——放平面镜、棱镜等光学元件用台面下三个螺钉可调节台面的倾斜角度，平台的高度可旋松螺钉(7)升降，调到合适位置再锁紧螺钉5)读数圆盘——是读数装置由可绕仪器公共轴转动的刻度盘和游标盘组成度盘上刻有720等分刻线，格值为30分在游标盘对称方向设有两个角游标这是因为读数时，要读出两个游标处的读数值，然后取平均值，这样可消除刻度盘和游标盘的圆心与仪器主轴的轴心不重合所引起的偏心误差图2望远镜结构读数方法与游标卡尺相似，这里读出的是角度。

读数时，以角游标零线为准，读出刻度盘上的度值，再找游标上与刻度盘上刚好重合的刻线为所求之分值如果游标零线落在半度刻线之外，则读数应加上30’2•分光计的调整原理和方法调整分光计，最后要达到下列要求：① 平行光管发出平行光；② 望远镜对平行光聚焦(即接收平行光)；③ 望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴分光计调整的关键是调好望远镜，其他的(1) 调整望远镜1) 目镜调焦这是为了使眼睛通过目镜能清楚的看到图3所示手轮轻轻旋出，或旋进，从目镜中观看，直到分划板刻2物台于调冃置游标于疋图3从目镜中看到的分划板这是要将分划板调到物镜焦平面上，i(a) 把目镜照明，将双面平面镜方螺钉的相对位置如图4b) 粗调望远镜光轴与镜面使镜面大致与望远镜垂直c) 观察与调节镜面反射转到平面镜正好对着望远镜时，在目镜中应看到一是镜面反射像如果像有些模糊，只要沿轴向移动目镜法是:物台上为用眼睛估测一把望远镜J再调载物台螺钉,固定望远镜，双手车勿台跟着一起转动绿色亮十字随面转动而动，这就旋紧螺钉，则望远2) 调望远镜对平行光聚焦镜已对平行光聚焦3) 调整望远镜光轴垂直仪器主轴当镜面与望远镜光轴垂直时，它的反射像应落在目镜分划板上与下方十字窗对称的上十字线中心，见图3平面镜绕轴转180°后，如果另一镜面的反射像也落在此处，这表明镜面平行仪器主轴。

当然，此时与镜面垂直的望远镜光轴也垂直仪器主轴在调整过程中出现的某些现象是何原因?调整什么?应如何调整，这是要分析清楚的例如，是调载物台?还是调望远镜?调到什么程度?下面简述之a) 载物台倾角没调好的表现及调整假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾角没调好，见图5平面镜面反射光偏上,载物台转180°后，面反射光偏下，在目镜中看到的现象是面反射像在面反射像的上方显然，调整方法是把面像(或面像)向上(向下)调到两像点距离的一半，使镜面和的像落在分划板上同一高度b) 望远镜光轴没调好的表现及调整假设载物台已调好，但望远镜光轴不垂直仪器主轴，见图6在图(a)中，无论平面镜面还是面，反射光都偏上，反射像落在分划板上十字线的上方在图(b)中，镜面反射光都偏下，反射像像落在上十字线的下方显然，调整方法是只要调整望远镜仰角调切螺钉(12)，把像调到上十字线上即可，见图(c)c) 载物台和望远镜光轴都没调好的表现和调整方法表现是两镜面反射像一上一下先调载物台螺钉，使两镜面反射像像点等高(但像点没落在上十字线上)，再把像调到上十字线上，见图6(c)光管光轴转向平行MH出平行光，图5载物台倾角没调好的(2) 调整平行光管发出平行光并垂直仪器主车将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦平镜将出射平行光。

调整方法是：取下平面镜和目镜照明光源，狭缝对准前方水银灯光源，使望远光管方向，在目镜中观察狭缝像，沿轴向移动狭缝筒，直到像清晰这表明光管已为什么？再将狭缝转向横向，调螺钉(25),将像调到中心横线上，见图7(a)这已与望远镜光轴共线，所以也垂直仪器主轴螺钉(25)不能再动为什么)？再将狭缝调成垂直，锁紧螺钉，见图7(b)图7平行光管光轴与望远镜光轴共线图3•用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率见图8,—束单色光以1角入射到面为入射光和出射光之间的夹角图8三棱镜最小偏向角原理图寸出来，出射角小随入8中可以看出，这时设棱镜材料折射率为，则射角1的变化而变化而当称向角当为最小（证明，偏向角称为最小偏向角，记为(2)22由此可知，要求得棱镜材料的折射率，必须测出其顶角和最小偏向角实验内容】1. 调整分光计(要求与调整方法见原理部分)2. 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴(1) 调载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，使棱镜三边与台下三螺钉的连线成三连互相垂直，见图9试分析这样放置的好处的2测量12同一游角的补角,A'1!钉(16)、(17),下游H，见图10调节0棱镜顶角口，各则游标图9三棱镜在载物台上的正确放法(2)接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光和反射回来的：时，切莫动螺钉(12)注意：每个螺钉的调节要轻微，要同时观察位置不能再动。

3•测棱镜顶角对两游标作一望远镜和刻度盘固像，只调台下三螺钉，使其反射像都落什么？)寸像的影响调从侧面子后的棱镜，其当标记，分别称游标标2,切记勿颠倒旋紧度盘不动面正对望远镜，见图101和游标2的读娄的读数次读数之面正对望远镜，记下游标1的I，即是载物台转读数游标2【记录数据与处理】顶角表格次数14(2))2()2(Ai-A)2n-14. 测三棱镜的最小偏向角(1)平行光管狭缝对准前方水银灯光源2) 旋松望远镜止动螺钉(16)和游标盘止动螺钉(23)，把载物台及望远镜转至如图11中所示的位置(1)处，再左右微微转动望远镜，找出棱镜出射的各种颜色的水银灯光谱线(各种波长的狭缝像)3) 轻轻转动载物台(改变入射角)，在望远镜中将看到谱线跟着动改变，应使谱线往11减小的方向移动(向顶角方向移动)望远镜要跟踪光谱线转动，直到棱镜继续转动，而谱线开始要反向移动(即偏向角反而变大)为止这个反向移动的转折位置，就是光线以最小偏向角射出的方向固定载物台(锁紧23)，再使望远镜微动，使其分划板上的中心竖线对准其中的那条绿谱线(546.1mm)4)测量记下此时两游标处的读数1和2,取下三棱镜(载物台管,即图11中(2)的位置，以确定入射光的方向，再记的最小偏向角测量3次，自行设计表格图11测最小偏向角方法将值和测得的棱镜角平均值代入式(2)计算。

m5. 注意事项(1) 转动载物台，都是指转动游标盘带动载物台一起转动2) 狭缝宽度1mm左右为宜，宽了测量误差大，窄了光通量小狭缝易损坏，尽量少调，调节时要边看边调，动作要轻，切忌两缝太近3) 光学仪器螺钉的调节动作要轻柔，锁紧镙钉也是指锁住即可，不可用力过大，以免损坏器件思考题】1.已调好望远镜光轴垂直主轴，若将平面镜取下后，又放到载物台上(放的位置与拿下前的位置不同)，发现两镜面又不垂直望远镜光轴了，这是为什么?是否说明望远镜光轴还没有调好?【参考文献】1梁廷权，物理光学.北京；机械工业出版社，1982,55〜722杨之昌，王潜智,邱淑贞，物理光学实验上册，上海:上海科学技术出版社1986,60〜713詹金斯FA,怀特HE,光学基础上册，杨光熊，郭永康译，北京；高等教育出版社。