分光计的调整测三棱镜折射率

分光计的调整测三棱镜折射率实验时间：实验概述【实验目的及要求】1．了解分光计的结构及各组成部件的作用。2．熟悉分光计调整要求，掌握其调整技术。3.学习棱镜顶角、最小偏向角的测量方法，测定玻璃三棱镜对汞绿光的折射率。【仪器及用具】分光计，平面反射镜，三棱镜，汞灯及其电源。【实验原理】介质的折射率可以用很多方法测定，在分光计上用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可以达到较高的精度。这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。如果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进行测量。当平行的单色光，入射到三棱镜的AB面，经折射后由另一面AC射出，如图6-13所示。入射光线LD和AB面法线的夹角i称为入射角，出射光ER和AC面法线的夹角i’称为出射角，入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角i0等于出射角i0’时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δmin。由图6-13可知：δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2）A=r+r’（6-3）可得：δ=（i+i’）-A（6-4）三棱镜顶角A是固定的，δ随i和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i而变化，所以偏向角δ仅是i的函数．在实验中可观察到，当i变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角．令0did，由式(6-4)得1'didi（6-5）再利用式（6-3）和折射定律,sinsinrni'sin'sinrni（6-6）得到rniirndidrdrdrdrdididicoscos)1('cos'cos''''图6-13光线偏向角示意图''csccsc'sin1cossin1'cos2222222222rtgnrrtgnrrnrrnr')1(1)1(12222rtgnrtgn(6-7)由式（6-5）可得：')1(1)1(12222rtgnrtgn'tgrtgr因为r和r’都小于90°，所以有r=r’代入式（5）可得i=i'。因此，偏向角δ取极小值极值的条件为：r=r’或i=i'（6-8）显然，这时单色光线对称通过三棱镜，最小偏向角为δmin，这时由式（6-4）可得：δmin=2i–A)(21minAi由式（6-3）可得：A=2r2Ar由折射定律式（6-6），可得三棱镜对该单色光的折射率n为2sin)(21sinsinsinminAArin（6-9）由式（6-9）可知，只要测出三棱镜顶角A和对该波长的入射光的最小偏向角δmin，就可以计算出三棱镜玻璃对该波长的入射光的折射率。顶角A和对该波长的最小偏向角δmin用分光计测定。折射率是光波波长的函数，对棱镜来说，随着波长的增大，折射率n则减少，如果是复色光入射，由于三棱镜的作用，入射光中不同颜色的光射出时将沿不同的方向传播，这就是棱镜的色散现象。实验内容【实验过程】（应包括主要实验步骤、观察到的现象、变化的规律以及相应的解释等）（1）按“实验分光计的调整和棱镜顶角的测定”的要求对分光计进行调整。使分光计达到以下三点要求：①望远镜聚焦于无穷远处。或称为适合于观测平行光。②望远镜和平行光管的光轴与分光计的中心轴线相互垂直。③平行光管射出的光是平行光——即狭缝的位置正好处于平行光管物镜的焦平面处。只有调整分光计符合上述三点要求，才能用它精密测量平行光线的偏转角度。（2）用自准法测量三棱镜顶角A利用望远镜自身的平行光及阿贝自准系统来进行测量的，测量光路如图6-14所示，使望远镜光轴垂直于AB面,读出角度θM和θN，再将望远镜垂直于AC面读出角度θ’M和θ’N。望远镜转过角度)]()[(21''NNMM。由几何关系可得：三棱镜顶角A=180o-φ.②转动平台，用三棱镜的另一个面AC为入射面，重复以上步骤，记下此时两窗口读数θ’M和θ’N。计算n的合成不确定度un并写出结果表达式。【数据表格】（画出数据表格，写明物理量和单位）【数据处理及结果】【讨论】指导教师评语及成绩【评语】成绩：指导教师签名：批阅日期：