三棱鏡折射率與入射光波長(zhǎng)關(guān)系的研究

1、三棱鏡折射率與入射光波長(zhǎng)關(guān)系的研究1、 實(shí)驗(yàn)要求 已知棱鏡頂角，用什么方法測(cè)量它的折射率？作出折射率波長(zhǎng)關(guān)系曲線。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、用最小偏向角法測(cè)定棱鏡玻璃的折射率；2、探究折射率與入射波長(zhǎng)的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)儀器分光計(jì) 、 光源（汞燈）、 三棱鏡 、平面鏡四、實(shí)驗(yàn)原理三棱鏡如圖02-16所示，AB和AC是透光的光學(xué)表面，又稱折射面，其夾角稱為三棱鏡的頂角；BC為毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。1、 最小偏向角法測(cè)三棱鏡玻璃的折射率如圖所示，假設(shè)有一束單色平行光LD入射到棱鏡上，經(jīng)過兩次折射后沿ER方向射出，則入射光線LD與出射光線ER間的夾角稱為偏向角. 轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，改變?nèi)肷涔鈱?duì)光學(xué)面AC的入射角，

2、出射光線的方向ER也隨之改變，即偏向角發(fā)生變化.沿偏向角減小的方向繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，使偏向角逐漸減??；當(dāng)轉(zhuǎn)到某個(gè)位置時(shí)，若再繼續(xù)沿此方向轉(zhuǎn)動(dòng)，偏向角又將逐漸增大，此位置時(shí)偏向角達(dá)到最小值，稱為最小偏向角.可以證明棱鏡材料的折射率與頂角及最小偏向角的關(guān)系式為： 利用三棱鏡的頂角=60及測(cè)出最小偏向角，即可由上式算出棱鏡材料的折射率n。實(shí)驗(yàn)中汞燈發(fā)出的是由波長(zhǎng)為671（橙光）、546（綠）、435（藍(lán)）、404(藍(lán)紫）組成的復(fù)色光。測(cè)出各波長(zhǎng)色光通過三棱鏡的最小偏向角，進(jìn)而可求出各波長(zhǎng)色光通過三棱鏡的折射率n。5、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 分光計(jì)的調(diào)節(jié)：分光計(jì)由五部分組成：三腳架座、望遠(yuǎn)鏡、載物平臺(tái)、平

3、行光管和游標(biāo)盤.其結(jié)構(gòu)見圖02-21和圖02-22圖02-211.平行光管2. 載物臺(tái)3.刻度盤 4. 望遠(yuǎn)鏡5. 狹縫寬度調(diào)節(jié)旋鈕6. 望遠(yuǎn)鏡目鏡鎖緊螺釘7. 目鏡視度調(diào)節(jié)手輪8. 望遠(yuǎn)鏡目鏡體前后移動(dòng)手輪9. 望遠(yuǎn)鏡水平調(diào)節(jié)螺釘10. 載物臺(tái)鎖緊螺釘11. 狹縫體鎖緊螺釘 12. 狹縫體系統(tǒng)前后移動(dòng)手輪13. 游標(biāo)盤微調(diào)螺釘14. 平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘15. 望遠(yuǎn)鏡止動(dòng)螺釘16. 望遠(yuǎn)鏡光軸高低調(diào)節(jié)螺釘 17. 小棱鏡照明系統(tǒng)18. 刻度盤微調(diào)螺釘19. 刻度盤止動(dòng)螺釘20. 游標(biāo)盤調(diào)平螺釘 21. 游標(biāo)盤止動(dòng)螺釘22. 平行光管軸高低調(diào)節(jié)螺釘 分光計(jì)讀數(shù)系統(tǒng)由主刻度盤（刻度范圍0-360

4、度，分度值0.5度）與游標(biāo)盤（游標(biāo)讀數(shù)示值1分）組成.圖02-221. 目鏡調(diào)焦 其目的是使眼睛通過目鏡能清楚的看到目鏡中分劃板上的黑準(zhǔn)線（又稱叉絲）.方法是旋轉(zhuǎn)“目鏡調(diào)焦手輪”，直至看清分劃板上的叉絲.如發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)線傾斜，可松開“目鏡緊鎖螺釘”，旋轉(zhuǎn)目鏡使準(zhǔn)線準(zhǔn)直.2. 用自準(zhǔn)直法調(diào)整望遠(yuǎn)鏡 圖02-22 圖02-231）首先是望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，即將亮綠色的“十”字像，調(diào)焦到物鏡的焦平面上，如圖02-22，即為望遠(yuǎn)鏡對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)調(diào)焦了.其次是調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直于旋轉(zhuǎn)主軸.先粗調(diào)，用眼睛直接觀察，通過調(diào)節(jié)“載物臺(tái)調(diào)平螺釘”（三只中的兩只）使載物臺(tái)水平.用眼睛直接觀察，通過調(diào)節(jié)“望遠(yuǎn)鏡主軸高低調(diào)節(jié)螺釘”，使

5、望遠(yuǎn)鏡主軸水平.然后進(jìn)行細(xì)調(diào)，在載物臺(tái)的中央放上“光學(xué)平行平板雙面反射鏡”，放法呈三個(gè)螺釘?shù)闹写咕€,如圖02-23.接通望遠(yuǎn)鏡上的照明燈6.3 V電源，從目鏡中觀察，可見一亮綠斑，通過前后移動(dòng)目鏡，使亮斑成清晰的亮綠色“十”字像，即完成了望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦. 2）望遠(yuǎn)鏡光軸垂直旋轉(zhuǎn)主軸的調(diào)整方法：把游標(biāo)盤連同載物臺(tái)及反射鏡旋轉(zhuǎn)180度觀察，如沒有見到亮“十”字像，可調(diào)節(jié)“載物臺(tái)調(diào)平螺釘中垂直反射鏡的兩個(gè)及”望遠(yuǎn)鏡主軸高低螺釘，直到反射鏡的兩個(gè)面分別反射回來的亮“十”字像都能看見為止，如果亮“十”字像不在分劃板上方的十字線交點(diǎn)處，采用各半（1/2）調(diào)節(jié)逐次逼近的方法，調(diào)節(jié)載物臺(tái)螺釘使位移量減少一半，調(diào)節(jié)

6、主軸高低螺釘使位移量h再減少一半，即觀察到亮“十”字像與分劃板準(zhǔn)線上方的十字線交點(diǎn)重合，如圖13-10.調(diào)節(jié)過程中，兩個(gè)反射面要輪流調(diào)節(jié)，反復(fù)多次直至都重合為止. 3）消除視差：眼睛上下左右移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)有視差，可微微前后移動(dòng)目鏡，使亮“十”字像與分劃板準(zhǔn)線上方的十字線無(wú)視差的重合.說明望遠(yuǎn)鏡光軸已垂直于旋轉(zhuǎn)主軸.然后擰緊“目鏡鎖緊螺釘”.這樣望遠(yuǎn)鏡光軸高低調(diào)節(jié)螺釘和載物臺(tái)調(diào)平螺釘不能再任意動(dòng)了，否則就要重新調(diào)整.圖02-244）載物臺(tái)調(diào)平：將“平行平板雙面反射鏡”按三螺釘中垂線放好，如圖02-24，旋轉(zhuǎn)游標(biāo)盤連同載物臺(tái)及反射鏡，使反射面垂直望遠(yuǎn)鏡光軸，觀察亮“十”字像，只能調(diào)節(jié)載物臺(tái)螺釘，使“十

7、”字像與分劃板準(zhǔn)線上方的十字線交點(diǎn)重合，關(guān)閉望遠(yuǎn)鏡照明燈.3.平行光管的調(diào)整(1)把狹縫調(diào)到物鏡的焦平面上，即為平行光管對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)調(diào)焦.(2)調(diào)平行光管的光軸垂直于旋轉(zhuǎn)主軸.圖02-25方法是先粗調(diào)，用眼睛直接觀察，通過調(diào)節(jié)“平行光管光軸高低調(diào)節(jié)螺釘”，使平行光管水平.然后細(xì)調(diào)，以調(diào)好的望遠(yuǎn)鏡為基礎(chǔ).打開實(shí)驗(yàn)用光源，在望遠(yuǎn)鏡中觀察狹縫，如狹縫不清晰，松開“狹縫裝置鎖緊螺釘”，前后移動(dòng)狹縫機(jī)構(gòu)，使狹縫邊緣清晰地成像在望遠(yuǎn)鏡的分劃板平面上，即完成了平行光管的調(diào)焦.如狹縫傾斜，可旋轉(zhuǎn)狹縫機(jī)構(gòu)，使狹縫像與目鏡分劃板的垂直準(zhǔn)線重合，并擰緊緊固螺釘.在望遠(yuǎn)鏡中觀察，通過調(diào)整“平行光管光軸高低調(diào)節(jié)螺釘”，使狹

8、縫像在視場(chǎng)的中心對(duì)稱（即位于分劃板的中間），即完成了平行光管的主軸垂直于旋轉(zhuǎn)主軸.在望遠(yuǎn)鏡中觀察，狹縫像約1mm寬，通過調(diào)節(jié)“狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪”達(dá)到，此手輪不能隨便亂擰，以免傷害狹縫刀口.6、 測(cè)量在正式測(cè)量之前，請(qǐng)先弄清你所使用的分光計(jì)中下列各螺絲的位置：控制望遠(yuǎn)鏡（連同刻度盤）轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)螺釘；控制望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)的螺釘。 三棱鏡折射率的測(cè)定 分別放松游標(biāo)盤和望遠(yuǎn)鏡的制動(dòng)螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤（連同三棱鏡）使平行光射入三棱鏡的AC面，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡在AB面處尋找平行光管中狹縫各色光的像.然后向一個(gè)方向緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤（連同三棱鏡）在望遠(yuǎn)鏡中觀察狹縫像的移動(dòng)情況，當(dāng)隨著游標(biāo)盤轉(zhuǎn)動(dòng)而向某個(gè)方向移動(dòng)的狹縫像，正要

9、開始向相反方向移動(dòng)時(shí)，固定游標(biāo)盤.輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使分劃板上豎直線與狹縫像對(duì)準(zhǔn)，記下兩游標(biāo)指示的讀數(shù)，記為T5、T5；然后取下三棱鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡使它直接對(duì)準(zhǔn)平行光管，并使分劃板上豎直線與狹縫像對(duì)準(zhǔn)，記下對(duì)稱的兩游標(biāo)指示的讀數(shù)，記為T6、T6，可得重復(fù)測(cè)量三五次求平均.用上式求出棱鏡的折射。重復(fù)上述依次求出個(gè)色光折射率完成下表。 光頻率（）T5T6紫光（404.7）344471642321933392312514 1.1326藍(lán)光（435.8）3455116553219203923126301.1208綠光（546.1）3480116802219213922128401.1099黃光（578）3481516816219213924128521.1081七、數(shù)據(jù)處理作出折射率與入射光波長(zhǎng)關(guān)系曲線圖，分析出三棱鏡折射率與入射光波長(zhǎng)關(guān)系。八、實(shí)驗(yàn)可行性 綜上所述原理符合物理學(xué)原理，實(shí)驗(yàn)室儀器滿足數(shù)據(jù)測(cè)量需要，數(shù)據(jù)處理和誤差計(jì)算方案符合實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)可行。九、注意事項(xiàng) 1望遠(yuǎn)鏡、平行光管上的鏡頭，三棱鏡、平面鏡的鏡面不能用手摸、揩.如發(fā)現(xiàn)有塵埃時(shí)，應(yīng)該用鏡頭紙輕輕揩擦.三棱鏡、平面鏡不準(zhǔn)磕碰或跌落，以免損壞. 2分光計(jì)是較精密的光學(xué)儀器，要加倍愛護(hù)，不應(yīng)在制動(dòng)螺絲鎖緊時(shí)強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，也不要