物理實驗分光計的調(diào)節(jié)和色散曲線的測定

1、大學物理實驗報告分光計的調(diào)節(jié)和色散曲線的測定工業(yè)工程系 工32姓名：林懋愷學號：2003010855分光計的調(diào)節(jié)和色散曲線的測定【實驗目的】（1）了解分光計的原理與構(gòu)造，學會調(diào)節(jié)分光計；（2）用最小偏向角法測定玻璃折射率；（3）掌握三棱鏡頂角的兩種測量方法?！緦嶒炘怼恳?、 分光計的結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)原理1、要測準入射光與出射光之間的偏轉(zhuǎn)角必須滿足的兩個條件（1）入射光與出射光均為平行光束；（2）入射光與出射光的方向以及反射面或折射面的法線都與分光計的刻度盤平行。2、分光計的主要部件（1）望遠鏡分光計中采用自準望遠鏡，它由物鏡，叉絲分劃板與目鏡組成，調(diào)節(jié)望遠鏡應先調(diào)節(jié)目鏡使3剖面的形叉絲清晰可見，然后

2、再調(diào)叉絲套筒使 5 剖面的形亮線經(jīng)平面鏡的反射像也清晰可見，且與形叉絲無視差。（2）平行光管 （3）刻度盤度盤垂直于分光計的主軸且可繞主軸轉(zhuǎn)動，為消除偏心差，采用了兩個位置相差180°的游標讀數(shù)。刻度盤的分度值為0.5°，0.5°以下則用游標來讀數(shù)。游標的最小分度值為1'?？潭缺P與游標二、 最小偏向角法測玻璃折射率三、 色散及色散曲線的擬合 當入射光不是單色光時，雖然入射角對各種波長的光都相同，但出射角并不相同，即折射率不相同。對于一般的透明材料，折射率隨波長的減小而增大。折射率n隨波長變化的現(xiàn)象稱為色散。 一般可采用平均色散或色散本領(lǐng)來表示某種玻璃色散的

3、程度。 用經(jīng)驗公式來表示可見光范圍內(nèi)玻璃材料的折射率與波長之間的關(guān)系時，可用以下公式：四、 三棱鏡頂角的測量原理1、自準法測三棱鏡頂角2、平行光管法測三棱鏡頂角用平行光法測定三棱鏡頂角。一束平 行光被三棱鏡的兩個光學面反射后，只要測出兩束反射光之間的夾角，即可求得頂角【實驗任務】一、分光計的調(diào)節(jié)1、粗調(diào)分光計調(diào)節(jié)望遠鏡和平行光管的光軸盡量使它們與刻度盤平行；調(diào)節(jié)小平臺盡量使它與刻度盤平行（即與分光計主軸垂直）。 2、調(diào)節(jié)望遠鏡（1）調(diào)節(jié)望遠鏡適合于觀測平行光調(diào)節(jié)望遠鏡光軸分光計主軸當平面鏡法線與望遠鏡光軸平行時， '形反射像與 '形叉絲的上交點完全重合，將小平臺旋轉(zhuǎn)180

4、76;之后，如果仍然完全重合，則說明望遠鏡光軸已垂直于分光計主軸了。調(diào)節(jié)方法是采用漸近法 即先調(diào)小平臺下的螺釘使'形反射像與 '形叉絲的上交點之間的距離減小一半，再調(diào)望遠鏡的調(diào)水平螺釘使它們重合，然后轉(zhuǎn)動小平臺180°，重復以上步驟。3、調(diào)節(jié)平行光管（1）調(diào)節(jié)平行光管發(fā)出平行光（2）調(diào)節(jié)平行光管光軸分光計主軸調(diào)節(jié)平行光管的調(diào)水平螺釘，使狹縫像被 '叉絲中心線平分，平行光管也就垂直于分光計主軸了。4、細調(diào)三棱鏡兩光學面法線垂直于分光計主軸在分光計已調(diào)好的情況下，只需調(diào)整三棱鏡兩光學面的法線垂直于分光計的主軸。二、測量氦光管譜線的最小偏向角1、觀察譜線并對照氦光譜

5、圖認譜。放好三棱鏡，先直接透過三棱鏡用眼睛找到自己的平行光管及其中的彩色光譜出射的方向，然后將望遠鏡轉(zhuǎn)到眼睛所觀察的方位，就能從望遠鏡里看到譜線。再進一步調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)使望遠鏡視場里的譜線清晰明亮、線寬合適。應有九條譜線。2、確定最小偏向角。 轉(zhuǎn)動小平臺，當棱鏡轉(zhuǎn)到某個位置時，譜線不再移動，繼續(xù)使棱鏡沿原方向轉(zhuǎn)動時，譜線反而向相反方向移動，即偏向角反而變大，這個轉(zhuǎn)折位置就是最小偏向角位置。檢查確認后，測出此時出射光的方位，與入射光方位相減得到該譜線的最小偏向角。三、測量三棱鏡頂角（選做）利用自準法、平行光法測量三棱鏡的頂角?！緦嶒瀮x器】實驗儀器有分光計，平面反射鏡，玻璃三棱鏡，氦光譜管及其電源

6、。氦光譜管是將稀薄的氦氣封閉在玻璃管內(nèi)制成。管得兩端各裝一個電極，兩電極間加高電壓后產(chǎn)生放電并且發(fā)光，通過三棱鏡分光可得到氦的線光譜。波長 447.1 471.3 492.2 501.6 587.6 667.8 706.6顏色 藍紫 藍 藍綠 淺綠 黃 大紅 暗紅【實驗數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理】1、推導折射率n的不確定度n的表達式，并根據(jù)儀器的測量精度估計出A和代入并估計出n的大小，據(jù)此決定n應取幾位有效數(shù)字。解：（1）計算：（2）計算由取實驗中一組數(shù)據(jù)=1 52°25 A=60°代入，有=0.031再取n=1.66 得=0.0514故n可取5位有效數(shù)字2、計算棱鏡材料對各波長的折射

7、率，畫出色散曲線，并從所畫色散曲線查處nC、nD和nF，求出平均色散和色散本領(lǐng)。3、用實驗室給的數(shù)據(jù)處理程序進行多元線性回歸，求出實驗材料折射率與波長的經(jīng)驗公式。4、最小偏向角測三棱鏡折射率數(shù)據(jù)表格。分光計編號 00008011 ； 三棱鏡編號 7 ； A= 59°59 ； = 1 ；入射光方位= 327°20 ；= 147°16 氦譜線波長/nm447.1271°2591°2055°5555°5655°5657°581.6963471.3272°091°5755°2055&

8、#176;1955°2057°401.6908492.2272°3092°2654°5054°5054°5057°251.6861501.6272°4292°3754°3854°3954°3857°191.6842587.6273°5893°5053°2253°2653°2456°421.6725667.8274°4094°3452°4052°4252

9、76;4156°201.6654706.6274°5694°5052°2452°2652°2556°121.6628表中腳標1、2分別表示左、右游標讀數(shù)由計算機程序計算得平均色散：色散本領(lǐng)：5、測量三棱鏡頂角數(shù)據(jù)記錄表格（使用平行光法）測量序號123游標游標游標游標游標游標第一位置269°789°3269°789°4269°889°4第二位置29°2209°229°2209°229°2209°3119

10、76;55119°59119°55119°58119°54119°59119°57119°56119°56計算若望遠鏡由位置到經(jīng)過了刻度盤零點，則應按下式計算 對三次的取平均，得=119°56，因此三棱鏡頂角A=59°58【思考題】1、當轉(zhuǎn)動小平臺180反復調(diào)節(jié)使望遠鏡主軸垂直于分光計主軸時，小平臺是否也同時調(diào)好到垂直于主軸了？為什么？答：不一定。反復調(diào)節(jié)到望遠鏡光軸垂直于分光計主軸時，望遠鏡光軸將垂直于分光計主軸與小平臺法線形成的平面。但這并不能保證小平臺是處于水平狀態(tài)的，所以也就不一定和主軸垂直。2、根據(jù)折射定律，請結(jié)合圖定性分析入射光的方位應處于何種情況時才可能找到最小偏向角？答：在（c）情況下才能找到最小偏向角。在(a)(b)情況下，光線沿PQ入射后會折射到三棱鏡的非光學面上，從而發(fā)生散射或反射，沒有測量意義。只有(c)情況中光線可能發(fā)生兩次折射后射出，這樣才可能找到最小偏向角。3、根據(jù)本實驗的原理怎樣測量光波波長？答：用已知色散曲線和頂角的三棱鏡，由本實驗測出未知光的最小偏向角，即可由算出三棱鏡對該波長光的折射率，進而由色散曲線查出光的波長。4、試根據(jù)光路圖分析，為什么望遠鏡光軸與平面鏡法線平行時，在目鏡內(nèi)內(nèi)應看到型反射像與形叉絲的上方交點相重合？由望遠鏡內(nèi)部結(jié)