實(shí)驗(yàn)名稱分光儀的調(diào)節(jié)和三棱鏡頂角的測定

1、光學(xué)小論文 實(shí)驗(yàn)名稱：分光儀的調(diào)節(jié)和三棱鏡頂角的測定及一些思考題的討論姓名 陶孟澤 學(xué)號 20071001105 班級 07物理基地班 第 13 組 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解分光儀的結(jié)構(gòu)，掌握分光儀的調(diào)節(jié)和使用方法；2. 測量三棱鏡的頂角；3. 測定三棱鏡玻璃的折射率。 二、實(shí)驗(yàn)儀器及器件 分光儀，汞燈，平行平面反射鏡，三棱鏡。 三、實(shí)驗(yàn)原理1. 用自準(zhǔn)法測量三棱鏡的頂角 利用望遠(yuǎn)鏡自身產(chǎn)生平行光，固定平臺，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，先使棱鏡AB面反射的十字像與叉絲重合（即望遠(yuǎn)鏡光軸與三棱鏡AB面垂直），記下刻度盤兩邊的方位角讀數(shù)、。然后再轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使AC面反射的十字像與叉絲重合（即望遠(yuǎn)鏡光軸與AC面垂直），

2、記下讀數(shù)和（注意與不能顛倒），兩次讀數(shù)相減即得A的補(bǔ)角f 。故A=180f，即 A = 180(f1 + f2) = 112. 用平行光法（又叫反射法、分裂光束法）測量三棱鏡頂角 平行光管射出的光束照射在三棱鏡的兩個(gè)光學(xué)面上。將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到一側(cè)（如左邊）的反射方向上觀察，把望遠(yuǎn)鏡叉絲對準(zhǔn)狹縫像，此時(shí)讀出兩個(gè)窗口的方位角讀數(shù)與；再將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到另一側(cè)，把叉絲對準(zhǔn)狹縫像后讀出和，則三棱鏡的頂角為： 3. 測定三棱鏡玻璃的折射率 光線以入射角i1投射到三棱鏡的AB面上，以i2角從AC出射，出射光線和入射光線的夾角稱為偏向角。的大小隨入射角i1而改變。當(dāng)i1= i2時(shí)，偏向角取極小值d ，稱為最小偏向角。

3、它與三棱鏡的頂角A和折射率n之間有如下的關(guān)系：嚴(yán)格按照步驟進(jìn)行，先后次序決不能顛倒 只要測出三棱鏡的頂角A和最小偏向角d ，就可按上式求出三棱鏡材料（玻璃）的折射率。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1分光儀的調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)時(shí)，首先應(yīng)該進(jìn)行目測粗調(diào)，使望遠(yuǎn)鏡、平行光管大致垂直于儀器主軸，使載物平臺下的三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲支撐平臺高度基本一致。 在粗調(diào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)按如下三個(gè)步驟進(jìn)行： （1）使望遠(yuǎn)鏡對無窮遠(yuǎn)聚焦 。 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的物鏡（注意此時(shí)不能再調(diào)節(jié)目鏡），使十字像清晰，并且要求像與叉絲二者間沒有視差（輕輕晃動眼睛，看到的十字像與叉絲無相對位移即無視差，否則說明有視差）。這時(shí)望遠(yuǎn)鏡已聚焦于無窮遠(yuǎn)，即能夠接收平行光

4、。 （2）調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器主軸垂直。 在望遠(yuǎn)鏡中已經(jīng)看到從平面鏡的一個(gè)平面反射回來的十字像，現(xiàn)在把平臺（連同平面鏡）轉(zhuǎn)過180，從它的另一個(gè)平面找反射回來的十字像。如果兩面反射回來的十字像都與叉絲重合，則說明望遠(yuǎn)鏡與儀器主軸垂直，這也是判斷“垂直”的標(biāo)準(zhǔn)。這里所說的“重合”，是指十字像與叉絲的橫線等高，即微微轉(zhuǎn)動平臺時(shí)，十字像恰好能沿著叉絲的橫線走。（3）調(diào)整平行光管，使其光軸與儀器主軸垂直并且能夠發(fā)出平行光。 A調(diào)整平行光管光軸與儀器主軸垂直。 調(diào)節(jié)平行光管下面的螺絲達(dá)到要求。 B使平行光管發(fā)出平行光。 改變狹縫與平行光管透鏡間的距離（拉進(jìn)拉出狹縫體），使望遠(yuǎn)鏡中看到清晰的狹縫像，并且沒

5、有視差，這時(shí)平行光管即已能夠發(fā)出平行光。 2 測量三棱鏡的頂角不能再調(diào)望遠(yuǎn)鏡和平行光管的聚焦和高低 （1）調(diào)節(jié)三棱鏡：要求三棱鏡的待測頂角A的兩個(gè)側(cè)面都與儀器主軸平行。 把三棱鏡放在平臺上，為了便于調(diào)節(jié)，應(yīng)將棱鏡三邊分別垂直于平臺下三個(gè)螺絲的連線。調(diào)節(jié)使反射回來的十字像與叉絲橫線重合。 （2）用自準(zhǔn)法測三棱鏡頂角：按實(shí)驗(yàn)原理測量兩次取平均值。三棱鏡的頂角應(yīng)放接近平臺中心位置的地方，否則會給找狹縫像帶來困難（3）用平行光法測三棱鏡頂角：按實(shí)驗(yàn)原理測量兩次取平均值。 3測定三棱鏡玻璃的折射率 （1）三棱鏡在平臺上不要拿下來,接著往下做。 （2）轉(zhuǎn)動載物平臺，使三棱鏡頂角A兩個(gè)側(cè)面（光線入射面和光線

6、出射面）中的光線出射面大致垂直于平行光管。 （3）先用眼睛觀察，找到折射光線狹縫像。然后分別向順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向輕輕轉(zhuǎn)動載物平臺（即改變?nèi)肷浣牵⒁庥^察狹縫像移動方向。找到最小偏向角的位置。1. 找綠色譜線（546.07nm）所對應(yīng)的最小偏向角2. 細(xì)心！找到的應(yīng)確實(shí)是那個(gè)“臨界”位置，即不管平臺往哪個(gè)方向做一些轉(zhuǎn)動，譜線都往回走 （4）找到最小偏向角的位置，使望遠(yuǎn)鏡的十字叉絲與折射光線的狹縫像重合，記下兩窗口的讀數(shù)和。 （5）轉(zhuǎn)動平臺，交換入射、出射面（從另一個(gè)方向找最小偏向位置），重復(fù)步驟（2）、（3）、（4）記下兩窗口的讀數(shù)和。 （6）重復(fù)上述步驟，共測量三組數(shù)據(jù)。 （7）用上述方

7、法測出的角度是二倍的最小偏向角，所以計(jì)算最小偏向角的公式應(yīng)該是d = (-)+(-) (2) 五、數(shù)據(jù)記錄與處理自準(zhǔn)法15028195028255029(過零點(diǎn))7502815027195029255028(過零點(diǎn))75029平行光法25805178050(過零點(diǎn))1805119805125805078051(過零點(diǎn))180511980511. 測量三棱鏡頂角記錄數(shù)據(jù)表格 數(shù)據(jù)處理：A1=1800-1/2(3600-255029)+15028+(195028-75028)=60000 同理，A2=60000自準(zhǔn)法計(jì)算為：1/2(A1+ A2)=60000 = （推導(dǎo)公式與結(jié)果）結(jié)果表示為：A=

8、600001平行光法計(jì)算為：1/2(A1+ A2)=60000 （推導(dǎo)公式與結(jié)果）結(jié)果表示為：A= 600001 2. 測量三棱鏡折射率記錄數(shù)據(jù)表格測量次數(shù)最小偏向位置1最小偏向位置2111044191042268046880472110431910432680488804531104519104126804788046平均值1104419104226804788046 以頂角A=6010代入計(jì)算折射率n，并算出測量的不確定度。dmin = (-)+(-)51028 = （推導(dǎo)公式與結(jié)果）折射率 = un= （推導(dǎo)公式與結(jié)果）折射率結(jié)果表示為： n=(1.5260.003) 六、思考題（1）

9、在調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，你如何判斷十字叉絲和十字像是否在同一平面上（即如何判斷有無視差）？ 答：輕輕晃動頭，使眼睛看到的十字像與叉絲無相對視差（2）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器主軸的垂直關(guān)系時(shí)，兩面反射回來的十字像都偏上（或都偏下）； B一面偏上、一面偏下，分別應(yīng)如何調(diào)節(jié)？如果一面偏上3a，另一面則偏下a，這時(shí)應(yīng)如何調(diào)節(jié)，怎樣迅速使兩面反射的像都與叉絲重合？答：都偏上（或下），說明望遠(yuǎn)鏡與儀器主軸不垂直，而載物臺與儀器主軸垂直。若像上下對稱，說明望遠(yuǎn)鏡正常而載物臺傾斜。通過漸進(jìn)逼近方法調(diào)節(jié)，即：先調(diào)望遠(yuǎn)鏡使偏上的3a下降a，然后調(diào)載物臺使上下對稱的2a回到正確位置。 （3）載物平臺下邊有三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲用來調(diào)節(jié)其

10、傾斜度，為了在實(shí)驗(yàn)中便于調(diào)節(jié)，對于平面鏡和三棱鏡應(yīng)分別如何放置（畫圖說明）？（4）在測角時(shí)某個(gè)游標(biāo)讀數(shù)第一次為34356，第二次為3328，游標(biāo)經(jīng)過圓盤零點(diǎn)和不經(jīng)過圓盤零點(diǎn)時(shí)所轉(zhuǎn)過的角度分別是多少？ 過零點(diǎn)時(shí)，不過零點(diǎn)時(shí)，（5）在測量最小偏向角時(shí)，能否不轉(zhuǎn)動平臺，而是讓三棱鏡相對平臺轉(zhuǎn)動來獲得，為什么？不能！原因：三棱鏡在載物臺上的位置要調(diào)節(jié)到光學(xué)面法線與儀器主軸垂直，然后才能進(jìn)行測量。而讓三棱鏡相對平臺轉(zhuǎn)動會破壞這個(gè)條件（6）在實(shí)驗(yàn)中如何確定最小偏向角的位置？先用眼睛觀察，找到折射光線狹縫像。然后分別向順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向輕輕轉(zhuǎn)動載物平臺（即改變?nèi)肷浣牵?，注意觀察狹縫像移動方向。找到最小偏

11、向角的位置。（7）若找到了一種單色光的最小偏向角位置，此時(shí)其它單色光是否也同時(shí)處于最小偏向位置？為什么？此時(shí)，其它單色光不處在最小偏向角位置。原因折射光線與光波波長有關(guān)，不同波長最小偏向角會不同。 （8）若角游標(biāo)刻度盤中心O跟游標(biāo)中心O不重合（如圖，但畫時(shí)夸大了），則游標(biāo)轉(zhuǎn)過角時(shí)，從刻度盤讀出的角度123，但總等于1和2的平均值，即 試證明之。利用圓周角和圓心角的關(guān)系自己證明，此處從略！（9）用平行光法測量三棱鏡頂角時(shí)，為什么應(yīng)把頂角置于載物平臺中心附近？試作圖說明之。原因：望遠(yuǎn)鏡的中心軸與載物臺的中心軸同為一軸，望遠(yuǎn)鏡活動范圍限制在以中心軸為中心旋轉(zhuǎn)且只能接收平行光。因此，望遠(yuǎn)鏡只能接收由中心o點(diǎn)發(fā)出的徑向光線。其它光線不能接收。如圖所示。 （10）如果三棱鏡的質(zhì)料不變，頂角變大（或變?。猛瑯拥墓庠礈y量，其折射率及最小偏向角有無變化，如何變化？折射率只與質(zhì)料及光源有關(guān)。當(dāng)光源不變、質(zhì)料不變，其折射率不變。頂角變大（或變?。?，最小偏向角隨之變大（或變小）。 （11）如果三棱鏡的頂角不變，質(zhì)料變化，用同樣的光源測量，其折射率及最小偏向角有無變化，如何變化？折射率只與質(zhì)料及光源有關(guān)。當(dāng)光源不變、質(zhì)料變化，其折射率改變。當(dāng)折射