北航基物研究性报告-反射法测三棱镜顶角误差分析.doc

北航物理实验研究性报告专项:反射法测三棱镜顶角 班级：第一作者：第二作者：第三作者：目录目录 2摘要 2一、 实验目的 2二、 实验仪器 2三、 实验原理 2四、 实验内容 7五、 数据记录与解决 81、 分光仪反射法测顶角误差分析 82、 分光仪系统误差分析 9六、 注意事项 12七、 实验感想与建议 12【摘要】在许多的物理实验中，常常用三棱镜来作为分光的器件分光仪可以用来测量光学元件的角度我们可以通过度光仪可以来测定三棱镜的顶角，从而协助我们更好的理解分光仪的光学性质以及学会一种测量三棱镜的顶角的措施 一、【实验目的】1．理解分光仪的构造,掌握调节和使用分光仪的措施2．理解测定棱镜顶角的措施3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率二、【实验仪器】分光仪、钠灯、三棱镜、双面平面镜三、【实验原理】 （一）分光仪的构造分光仪重要由底座、望远镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分构成，每部分均有特定的调节螺钉，图1为JJY型分光仪的构造外型图图1 分光仪构造示意图望远镜：8.望远镜9.紧固螺钉 10.分化板 11.目镜（带调焦手轮） 12.仰角螺钉 13.望远镜光轴水平螺钉14.支臂 15.转角微调 17.制动架 18.望远镜止动螺钉载物台：5.载物台 6.载物台调平螺钉（3只） 7.载物台锁紧螺钉圆刻度盘： 16. 读数刻度盘止动螺钉 21读数刻度盘22.游标盘 24.游标盘微调螺钉 25.游标盘止动螺钉平行光管： 1.狭缝 2.紧固螺钉 3.平行光管 26. 平行光管光轴水平螺钉 27.仰角螺钉 28.狭缝调节其他：4.制动架 19.底座 20.转座 23.立柱1．分光仪的底座规定平稳而坚实。

在底座的中央固定着中心轴，望远镜、刻度盘和游标内盘套在中心轴上，可以绕中心轴旋转2．平行光管固定在底座的立柱上，它是用来产生平行光的其一端装有消色差的汇聚透镜，另一端装有狭缝的圆筒，狭缝的宽度根据需要可在0.02～2ｍｍ范畴内调节3．望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起，套在主刻度盘上，它是用来观测目的和拟定光线的传播方向望远镜由目镜系统和物镜构成，为了调节光源反射镜物镜全反射棱镜镜分化板目镜筒2筒1目镜视场准线十字透光窗图2 望远镜构造和测量，物镜和目镜之间还装有分划板，它们分别置于内管、外管和中管内，三个管彼此可以相对移动，也可以用螺钉固定，如图2所示，在中管的分划板下方紧贴一块450全反射小棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一种绿色的小十字窗口，照明小灯发出的光线从小棱镜的另始终角边入射，从450反射面反射到分划板上，透光部分在分划板上便形成一种明亮的十字窗4．分光仪上控制望远镜和刻度盘转动的有三套构造，对的运用它们对于测量很重要，具体如下：1）望远镜制动和微动机构，图1中的16、14；2）分光仪游标盘制动和微动控制机构，图1中的23、22；3）望远镜和刻度盘的离合控制机构，图1中的15。

转动望远镜或移动游标位置时，都要先松开相应的制动螺钉；微调望远镜及游标位置时要先拧紧制动螺钉要变化刻度盘和望远镜的相对位置时，应先松开它们间的离合控制螺钉，调节后再拧紧 一般是将刻度盘的00线置于望远镜下，可以避免在测角度时，00线通过游标引起的计算上的不以便5．载物平台是一种用以放置平面镜、棱镜、光栅等光学元件的圆形平台，套在游标内盘上，可以绕通过平台中心的铅直轴转动和升降当平台和游标盘（刻度内盘）一起转动时，控制其转动的方式与望远镜同样，也是粗调和微调两种平台下有三个调节螺钉，可以变化平台台面与铅直轴的倾斜度6．望远镜和载物平台的相对方位可由刻度盘上的读数拟定主刻度盘上有00～3600的圆刻度，分度值为为了提高角度测量精密度，在内盘上相隔1800设有两个游标，游标上有30个分格，它和主刻度盘上29个分格相称，因此分度值为读数措施与游标卡尺的游标原理相似（该处称为角游标）记录测量数据时，为了消除刻度盘的刻度中心和仪器转动轴之间的偏心差，必须同步读取两个游标的读数安顿游标位置要考虑具体实验状况，重要注意读数以便，且尽量在测量中刻度盘00线不通过游标记录与计算角度时，左右游标分别进行，避免混淆算错角度。

二）分光仪的调节分光仪是在平行光中观测有关现象和测量角度，因此应达到如下三个规定：平行光管发出平行光；望远镜能接受平行光；望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴用分光仪进行观测时，其观测系统基本上应由如下三个平面构成，如图5-11-4所示 读值平面：这是读取数据的平面，由主刻度盘和游标盘绕中心转轴旋转时形成的对每一具体的分光仪，读值平面都是固定的，且和中心主轴垂直观测平面：由望远镜光轴绕仪器中心转轴旋转时所形成的只有当望远镜光轴与转轴垂直时，观测面才是一种平面，否则，将形成一种以望远镜光轴为母线的圆锥面待测光路平面：由平行光管的光轴和通过待测光学元件（棱镜、光栅等）作用后，所反射、折射和衍射的光线所共同拟定的调节载物平台下方的三个调节螺钉，可以将待测光路平面调节到所需方位图3 分光仪的观测系统按调节规定，应将此三个平面调节成互相平行，否则，测得角度将与实际角度有些差别，即引入系统误差1．调节望远镜和载物平台1）目镜调焦这是为了使眼睛通过目镜能清晰地看到分划板上的刻线调接措施是把目镜调焦手轮轻轻旋出，或旋进，从目镜中观看，直到分划板刻线清晰为止2）调节望远镜对平行光聚焦图4 载物台上双面镜放置的俯视图实质是将分划板调到物镜焦平面上，调节措施如下：a、把目镜照明，将双面平面镜放到载物台上，为了调节以便，平面境与载物台下三个调节螺钉的相对位置如图4所示。

b、粗调望远镜光轴与镜面垂直 目测将望远镜调成水平、载物台水平，使镜面大体与望远镜垂直c、观测与调节镜面反射像 固定望远镜，转动游标盘，于是载物台跟着一起转动转动平面镜使其正好对着望远镜时，在目镜中应看到一种绿色十字随着镜面转动而动，这就是亮十字的反射像如果像有些模糊，只要沿轴向移动目镜筒，直到像清晰、忽视差，再旋紧螺钉，此时望远镜已聚焦平行光3）调节望远镜光轴与仪器主轴垂直图5-11-6 载物台倾角没调好的体现及调节原理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十字线中心平面镜绕轴转1800后，如果另一镜面的反射像也落在此处，这表白镜面平行仪器主轴固然，此时与镜面垂直的望远镜光轴也与仪器主轴垂直在调节过程中浮现的某些现象是何因素？调节什么？应如何调节，这是要分析清晰的例如，是调载物台？还是调望远镜？调到什么限度？下面简述之1）载物台倾角没调好的体现及调节图5 望远镜光轴没调好的体现及调节原理假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾角没调好，如图5所示平面镜A面反射光偏上，载物台转1800后，B面反射光偏下，在目镜中看到的现象是A面反射像在B面反射像的上方。

显然，调节措施是把B面像（或A面像）向上（或向下）调到两像点距离的一半，这一步要反复进行，最后使镜面A和B的像落在分划板上同一高度2）望远镜光轴没调好的体现及调节假设载物台已调好，但望远镜光轴不垂直仪器主轴，如图5所示在图(a)中，无论平面镜A面还是B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，反射像都落在分划板上十字线的下方显然，调节措施是只要调节望远镜仰角调节螺钉（12），把像调到上十字线上即可，如图（c）3）载物台和望远镜光轴都没调好的体现及调节体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），然后，调节望远镜仰角调节螺钉（12），把像调到上十字线上2．调节平行光管发出平行光并垂直仪器主轴实质是将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦平面上，物镜将出射平行光调节措施是：取下平面镜，关掉目镜照明光源，狭缝对准照明光源，使望远镜转向平行光管方向，在目镜中观测狭缝的像，沿轴向移动狭缝套筒，直到像清晰这表白光管已发出平行光再将狭缝转向横向（水平），调节螺钉（25），将狭缝的像调到中心横线上，如图6所示这表白平行光管光轴已于望远镜光轴共线，因此也垂直仪器主轴。

螺钉（25）不能再动 最后，将狭缝调成竖直，锁紧螺钉（2）如图6（b）所示图6 平行光管光轴与望远镜光轴共线(三)反射法测三棱镜顶角（又叫平行光法、分裂光束法）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）的反射方向上观测，把望远镜叉丝对准狭缝像，此时读出两个窗口的方位角读数与；再将望远镜转到另一侧，把叉丝对准狭缝像后读出'和'，则三棱镜的顶角为四、【实验内容】将三棱镜按图8所示的位置放置（注意：切忌用手触摸光学面）调节螺钉1，可以变化I面的法线方向，不变化II面的法线方向同理，调节螺钉2，可以变化II面的法线方向，不变化I面的法线方向运用已调节好的望远镜用自准法测两个光学面的法线方向（注意：合适调节，使两个光学面反射的亮十字线重叠在黑准线像的对称位置）132III图8 三棱镜在小平台上的位置五、【数据解决及误差分析】(一)分光仪反射法测顶角误差分析1、 实验原始数据记录组别1113°25’352°19’294°28’173°16’121°6’121°12’2122°20’3°13’302°16’182°17’119°7’119°59’3180°19’60°17’3°22’242°20’120°2’121°02’47°17’247°10’186°10’65°40’120°7’120°30’5172°2’257°21’198°23’76°22’121°1’122°1’2、 顶角平均值A=， ，故A=60.3058°3、 不拟定度计算1）左游标，右游标的A类不拟定度根据S()，得0.054° 0.076°2) 左游标，右游标的B类不拟定度由于 ，因此△仪=△△=0.058°因此°3）左游标，右游标的直接测量不拟定度4）A的间接不拟定度的合成由 4、实验成果及误差分析三棱镜的顶角为60.30580.026°实验成果合理，产生误差的因素有：仪器方面，不一定能使望远镜与度盘在转动过程中不浮现一点偏差，微小的滑动不可避免。

操作方面，为了能看清纵丝，则狭缝的宽度不能太小，这样在测量时不能保证纵丝正好与狭缝中线重叠读数方面，由于在调节分光仪过程中眼睛十分疲劳，不能肯定每一种数值的记录都精确无误二）分光仪系统误差分析1、载物台和分光计主轴不垂直时棱面法线的倾角设三棱镜底面LMN为等边三角形,顶角α= 60°，三条棱边和底面垂直，分光计主轴沿z轴方向， LMN面就可看作是载物台平面（如图1）如果。