三棱鏡折射率與入射光波長關系的研究

1、三棱鏡折射率與入射光波長關系的研究1、 實驗要求 已知棱鏡頂角，用什么方法測量它的折射率？作出折射率波長關系曲線。二、實驗目的1、用最小偏向角法測定棱鏡玻璃的折射率；2、探究折射率與入射波長的關系。三、實驗儀器分光計 、 光源（汞燈）、 三棱鏡 、平面鏡四、實驗原理三棱鏡如圖02-16所示，AB和AC是透光的光學表面，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、 最小偏向角法測三棱鏡玻璃的折射率如圖所示，假設有一束單色平行光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. 轉動三棱鏡，改變?nèi)肷涔鈱鈱W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)緩慢轉動三棱鏡，使偏向角逐漸減??；當轉到某個位置時，若再繼續(xù)沿此方向轉動，偏向角又將逐漸增大，此位置時偏向角達到最小值，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系式為： 利用三棱鏡的頂角=60及測出最小偏向角，即可由上式算出棱鏡材料的折射率n。實驗中汞燈發(fā)出的是由波長為671（橙光）、546（綠）、435（藍）、404(藍紫）組成的復色光。測出各波長色光通過三棱鏡的最小偏向角，進而可求出各波長色光通過三棱鏡的折射率n。5、 實驗內(nèi)容與步驟 分光計的調節(jié)：分光計由五部分組成：三腳架座、望遠鏡、載物平臺、平

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

4、度，分度值0.5度）與游標盤（游標讀數(shù)示值1分）組成.圖02-221. 目鏡調焦 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線（又稱叉絲）.方法是旋轉“目鏡調焦手輪”，直至看清分劃板上的叉絲.如發(fā)現(xiàn)準線傾斜，可松開“目鏡緊鎖螺釘”，旋轉目鏡使準線準直.2. 用自準直法調整望遠鏡 圖02-22 圖02-231）首先是望遠鏡調焦，即將亮綠色的“十”字像，調焦到物鏡的焦平面上，如圖02-22，即為望遠鏡對無窮遠調焦了.其次是調整望遠鏡的光軸垂直于旋轉主軸.先粗調，用眼睛直接觀察，通過調節(jié)“載物臺調平螺釘”（三只中的兩只）使載物臺水平.用眼睛直接觀察，通過調節(jié)“望遠鏡主軸高低調節(jié)螺釘”，使

5、望遠鏡主軸水平.然后進行細調，在載物臺的中央放上“光學平行平板雙面反射鏡”，放法呈三個螺釘?shù)闹写咕€,如圖02-23.接通望遠鏡上的照明燈6.3 V電源，從目鏡中觀察，可見一亮綠斑，通過前后移動目鏡，使亮斑成清晰的亮綠色“十”字像，即完成了望遠鏡調焦. 2）望遠鏡光軸垂直旋轉主軸的調整方法：把游標盤連同載物臺及反射鏡旋轉180度觀察，如沒有見到亮“十”字像，可調節(jié)“載物臺調平螺釘中垂直反射鏡的兩個及”望遠鏡主軸高低螺釘，直到反射鏡的兩個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處，采用各半（1/2）調節(jié)逐次逼近的方法，調節(jié)載物臺螺釘使位移量減少一半，調節(jié)

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

7、”字像與分劃板準線上方的十字線交點重合，關閉望遠鏡照明燈.3.平行光管的調整(1)把狹縫調到物鏡的焦平面上，即為平行光管對無窮遠調焦.(2)調平行光管的光軸垂直于旋轉主軸.圖02-25方法是先粗調，用眼睛直接觀察，通過調節(jié)“平行光管光軸高低調節(jié)螺釘”，使平行光管水平.然后細調，以調好的望遠鏡為基礎.打開實驗用光源，在望遠鏡中觀察狹縫，如狹縫不清晰，松開“狹縫裝置鎖緊螺釘”，前后移動狹縫機構，使狹縫邊緣清晰地成像在望遠鏡的分劃板平面上，即完成了平行光管的調焦.如狹縫傾斜，可旋轉狹縫機構，使狹縫像與目鏡分劃板的垂直準線重合，并擰緊緊固螺釘.在望遠鏡中觀察，通過調整“平行光管光軸高低調節(jié)螺釘”，使狹

8、縫像在視場的中心對稱（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主軸.在望遠鏡中觀察，狹縫像約1mm寬，通過調節(jié)“狹縫寬度調節(jié)手輪”達到，此手輪不能隨便亂擰，以免傷害狹縫刀口.6、 測量在正式測量之前，請先弄清你所使用的分光計中下列各螺絲的位置：控制望遠鏡（連同刻度盤）轉動的制動螺釘；控制望遠鏡微動的螺釘。 三棱鏡折射率的測定 分別放松游標盤和望遠鏡的制動螺絲，轉動游標盤（連同三棱鏡）使平行光射入三棱鏡的AC面，轉動望遠鏡在AB面處尋找平行光管中狹縫各色光的像.然后向一個方向緩慢地轉動游標盤（連同三棱鏡）在望遠鏡中觀察狹縫像的移動情況，當隨著游標盤轉動而向某個方向移動的狹縫像，正要

9、開始向相反方向移動時，固定游標盤.輕輕地轉動望遠鏡，使分劃板上豎直線與狹縫像對準，記下兩游標指示的讀數(shù)，記為T5、T5；然后取下三棱鏡，轉動望遠鏡使它直接對準平行光管，并使分劃板上豎直線與狹縫像對準，記下對稱的兩游標指示的讀數(shù)，記為T6、T6，可得重復測量三五次求平均.用上式求出棱鏡的折射。重復上述依次求出個色光折射率完成下表。 光頻率（）T5T6紫光（404.7）344471642321933392312514 1.1326藍光（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關系曲線圖，分析出三棱鏡折射率與入射光波長關系。八、實驗可行性 綜上所述原理符合物理學原理，實驗室儀器滿足數(shù)據(jù)測量需要，數(shù)據(jù)處理和誤差計算方案符合實驗要求，實驗可行。九、注意事項 1望遠鏡、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，應該用鏡頭紙輕輕揩擦.三棱鏡、平面鏡不準磕碰或跌落，以免損壞. 2分光計是較精密的光學儀器，要加倍愛護，不應在制動螺絲鎖緊時強行轉動望遠鏡，也不要