实验名称分光仪的调节和三棱镜顶角的测定.doc

大学物理实验报告（分光仪）石家庄铁道学院大学物理实验室 第#页共7页大学物理实验报告（分光仪）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评 分姓名 学号 班级 第 组 桌号 实验时间 2 0 _年_月_日、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实验仪器及器件分光仪，汞灯，平行平面反射镜，三棱镜三、实验原理用自准法测三棱镜顶角-"，即卩1. 用自准法测量三棱镜的顶角 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乙、 H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），记下读数二'和飞' （注意-与-不能颠倒），两次读数 相减即得/ A的补角'故/ A=1801/ A = 180 — ( 1 + o)21=1180 0 -尹盯7)+47)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，此时读出两 个窗口的方位角读数r与戈；再将望 远镜转到另一侧，把叉丝对准狭缝像 后读出亓和小'，则三棱镜的顶角为：1 ,A = — ■”214A⑯W-色仍做氏西）2｝）］43. 测定三棱镜玻璃的折射率光线以入射角ii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S称为偏向角。

S的大小随 入射角ii而改变当ii= i2时，偏向角取极 小值：min，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：B C经三棱镜折射的光线材料（玻璃）的折射率四、实验内容1 .分光仪的调节 -C k »严格按照步骤进行，先后次序决 不能颠倒只要测出三棱镜的顶角 A和最小偏向角min，就可按上式求出三棱镜调节时，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。

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把三棱镜放在平台上，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3）用平行光法测三棱镜 顶角：按实验原理测量两次取 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A望远镜用望远镜看狭缝像向角的位置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，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 -1和二（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'和二2'。

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15 二—［（6一2）+ （斗—1）］ ⑵4五、数据记录与处理1.测量三棱镜顶角记录数据表格日1日26 '日2 '自准法15028?195028?255029?过零点）75028?15027?195029?255028?过零点）75029?平行光法258051?78°50?过零点）18051?198051?258050?78°51?过零点）18051?198051?数据处理：/ A=180°-1/2[(360 0-255029')+15028'+(195 028'-75 028')]=60 °00'同理，// 0 ,丫 A=60 00'自准法计算为：Na = 1/2( / A+ / A)=60°00'（推导公式与结果）= J(1)2(uf +u『+吋 +u J) =1J(H1"+1)=1结果表示为：/ A= . A ± u.a = 60°00' _ 1 '平行光法计算为： A = 1/2（ / Ai+ / A）=60 °00'U A（推导公式与结果）结果表示为：/ A= _ZA ± u a — 60°00，± 1 12.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26日2日1 '日2’111。

44，191°42，268°46'肘47，211°43，191°43，268°48'肘45'311045'191041'268047'88046'平均值11044，佃 1°42'268°47，88°46'以顶角A=60 -10'代入计算折射率n,并算出测量的不确定度1 03min =-［（日2'-e2）+（6'-Q）］ — 51028'4u .min = = 1 （推导公式与结果）（推导公式与结果）折射率结果表示为： n=（1.526 一 0.003）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 3a，另一面则偏下a，这时应如何调节，怎样迅速使两面反射的像都与叉丝重合？答：都偏上（或下），说明望远镜与仪器主轴不垂直，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 一 ...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 '' ]2 一/ '二D2说明）？ " n（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，即=（360 ° - 33°28 ） - 343 °56 ：一49 °32 '不过零点时， =343 °56 -33°28 丄 310 °28（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？不能！原因：三棱镜在载物台上的位置要调节到光学面法线与仪器主轴垂直，然后才能进行测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置。

原因折射光线与光波波长有关，不同波 长最小偏向角会不同九、课后作业题（1）若角游标刻度盘中心0跟游标中心0'不重合（如图，但画时夸大了），则游标转 过©角时，从刻度盘读出的角度© 1 2工©3 ,但©总等于© 1和© 2的平均值，即1 \ 1「2试证明之禾I］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同为一轴，望远 镜活动范围限制在以中心轴为中心旋转且只能接收平行光因 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 接收如图所示3）如果三棱镜的质料不变，顶角变大（或变小），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石家庄铁道学院大学物理实验室 第#页共7页。