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物理實驗報告測定三棱鏡折射率【實驗目的】 利用分光計測定玻璃三棱鏡的折射率; 【實驗儀器】 分光計,玻璃三棱鏡,鈉光燈。 【實驗原理】 最小偏向角法是測定三棱鏡折射率的基本方法之一,如圖10所示,三角形ABC表示玻璃三棱鏡的橫截面,AB和 AC是透光的光學表面,又稱折射面,其夾角a稱為三棱鏡的頂角;BC為毛玻璃面,稱為三棱鏡的底面。假設某一波長的光線LD入射到棱鏡的AB面上,經(jīng)過兩次折射后沿ER方向射出,則入射線LD與出射線ER的夾角 稱為偏向角。 圖10 三棱鏡的折射 由圖10中的幾何關系,可得偏向角 (3) 因為頂角a滿足 ,則 (4) 對于給定的三棱鏡來說,角a是固定的, 隨 和 而變化。其中 與 、 、 依次相關,因此 實際上是 的函數(shù),偏向角 也就僅隨 而變化。在實驗中可觀察到,當 變化時,偏向角 有一極小值,稱為最小偏向角。理論上可以證明,當 時, 具有最小值。顯然這時入射光和出射光的方向相對于三棱鏡是對稱的,如圖11所示。 您正瀏覽的文章由第一.整理,版權歸原作者、原出處所有。圖11 最小偏向角 若用 表示最小偏向角,將 代入(4)式 得 (5) 或 (6) 因為 ,所以 ,又因為 ,則 (7) 根據(jù)折射定律 得, (8) 將式(6)、(7)代入式(8)得: (9) 由式(9)可知,只要測出入射光線的最小偏向角 及三棱鏡的頂角 ,即可求出該三棱鏡對該波長入射光的折射率n . 【實驗內容與步驟】 1調節(jié)分光計 按實驗24一1中的要求與步驟調整好分光計。 2調整平行光管 (1)去掉雙面反射鏡,打開鈉光燈光源。 (2)打開狹縫,松開狹縫鎖緊螺絲3。從望遠鏡中觀察,同時前后移動狹縫裝置2,直至狹縫成像清晰為止。然后調整狹縫寬度為1毫米左右(用狹縫寬度調節(jié)手輪1調節(jié))。 (3)調節(jié)平行光管的傾斜度。將狹縫轉至水平,調節(jié)平行光管光軸仰角調節(jié)螺絲29,使狹縫像與望遠鏡分劃板的中心橫線重合。然后將狹縫轉至豎直方向,使之與分劃板十字刻度線的豎線重合,并無視差。最后鎖緊狹縫裝置鎖緊螺絲3。此時平行光管出射平行光,并且平行光管光軸與望遠鏡光軸重合。至此分光計調整完畢。 3測三棱鏡的折射率 (1)將三棱鏡置于載物臺上,并使玻璃三棱鏡折射面的法線與平行光管軸線夾角約為60度。 (2)觀察偏向角的變化。用光源照亮狹縫,根據(jù)折射定律判斷折射光的出射方向。先用眼睛(不在望遠鏡內)在此方向觀察,可看到幾條平行的彩色譜線,然后慢慢轉動載物臺,同時注意譜線的移動情況,觀察偏向角的變化。順著偏向角減小的方向,緩慢轉動載物臺,使偏向角繼續(xù)減小,直至看到譜線移至某一位置后將反向移動。這說明偏向角存在一個最小值(逆轉點)。譜線移動方向發(fā)生逆轉時的偏向角就是最小偏向角。 1 用望遠鏡觀察譜線。在細心轉動載物臺時,使望遠鏡一直跟蹤譜線,并注意觀察某一波長譜線的移動情況(各波長譜線的逆轉點不同)。在該譜線逆轉移動時,擰緊游標盤制動螺絲27,調節(jié)游標盤微調螺絲26,準確找到最小偏向角的位置。 2 測量最小偏向角位置。轉動望遠鏡支架15,使譜線位于分劃板的中央,旋緊望遠鏡支架制動螺絲21,調節(jié)望遠鏡微調螺絲18,使望遠鏡內的分劃板十字刻度線的中央豎線對準該譜線中央,從游標1和游標2讀出該譜線折射光線的角度 和 。 3 測定入射光方向。移去三棱鏡,松開望遠鏡制動螺絲21,移動望遠鏡支架15,將望遠鏡對準平行光管,微調望遠鏡,將狹縫像準確地位于分劃板的中央豎直刻度線上,從兩游標分別讀出入射光線的角度 和 。 4 按 計算最小偏向角 (取絕對值)。 5 重復步驟16,可分別測出汞燈光譜中各譜線的最小偏向角

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