分光计实验报告()

分光计实验报告【实验目的】1、了解分光计的结构和工作原理2、掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。3、学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率【实验仪器】分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。【实验原理】1、调整分光计：(1)调整望远镜：ａ目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。ｂ调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。ｃ调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。(2)调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将出射平行光。2、三棱镜最小偏向角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7.1.2-8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7.1.2-8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''''''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】1、调节分光计（调整方法见原理部分）2.调节三棱镜使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴，三棱镜光学侧面也是一个光的反射平面。（1）调整载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，使镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。（2）接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光，转动载物台，在望远镜中观察从侧面AC和AB返回的十字像，只调节台下三螺钉，使其反射像都落在上十子线处。3.测量顶角A：转动游标盘，使棱镜AC正对望远镜记下游标１的读数1和游标２的读数2。再转动游标盘，再使AB面正对望远镜，记下游标１的读数1和游标２的读数2。同一游标两次读数误差11或22，即是载物台转过的角度，而是Ａ角的补角，Ａ＝.重复操作两次，记下数据。4.测量三棱镜的最小偏向角。（具体原理看实验原理）（1）平行光管狭缝对准前方水银灯。（2）把载物台及望远镜转至（1）处，找出水银灯光谱。（3）转动载物台，使谱线往偏向角减小的方向移动，望远镜跟踪谱线运动，直到谱线开始逆转为止，固定载物台。谱线对准分划板。（4）记下读数1和2转至（2），记下读数1和2，有2211min21(5)根据2sin2sin2sinsinmin1AAAin以及所得数据求出棱镜材料的折射率5、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，太窄光通量小。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，锁紧螺钉也是指锁住即可，不可用力，以免损坏器件。【数据处理】1．顶角的测量及处理：角度/分组123平均值标准差10°45′20°02′24°29′1120°47′140°04′144°30′2180°43′200°00′204°27′2300°48′320°05′324°31′11120°02′00″120°02′00″120°01′00″120°01′40″28″22120°05′00″120°05′00″120°04′00″120°04′40″28″221121120°03′30″120°03′30″120°02′30″120°03′10″28″由于A=,可得:A59°56′50″.2．用最小偏向角法测棱镜材料折射率测量次数为一次.1122110°55′59°37′297°43′246°23′由A59°56′50″2211min21=51°19′00″得：2sin2sin2sinsinmin1AAAin=1.6520综上n=1.6520【误差分析】1.本试验的仪器为分光计精确度高，但是读数存在认为因素，会造成微小误差，可由多次测量减小误差。2.实验仪器本身存在系统误差，这时可通过选取更精确的仪器来减小误差。【实验总结】通过本次实验，对分光计有了一定的了解，掌握了一定的调整技术，对数据的处理更加熟练，同时完成了物理量的测量与数据处理任务，并求出三棱镜的折射率。