折射法测定棱镜折射率.pptx

实验目的：实验目的：1.1.熟悉分光计的构造以及调节和使用。熟悉分光计的构造以及调节和使用。2.2.学习确定最小偏向角的方法。学习确定最小偏向角的方法。3.3.学习测定棱镜折射率的方法。学习测定棱镜折射率的方法。实验原理及背景知识介绍：实验原理及背景知识介绍：折射率是描述物质光学性质折射率是描述物质光学性质的物理量，折射率的大小与物的物理量，折射率的大小与物质的状态有关，还与光的波长质的状态有关，还与光的波长有关。对于不同的物质状态，有关。对于不同的物质状态，折射率的测量方法也不尽相同，折射率的测量方法也不尽相同，而最小偏向角法是测定三棱镜而最小偏向角法是测定三棱镜折射率的基本方法之一折射率的基本方法之一。实验原理及背景知识介绍：实验原理及背景知识介绍：三三三三棱棱棱棱镜镜镜镜是是是是由由由由折折折折射射射射平平平平面面面面组组组组成成成成的的的的光光光光学学学学系系系系统统统统。具具具具体体体体说说说说来来来来，它它它它是是是是由由由由两两两两个个个个或或或或两两两两个个个个以以以以上上上上的的的的不不不不平平平平行行行行的的的的折折折折射射射射平平平平面面面面围围围围成成成成的的的的透透透透明明明明介介介介质质质质元元元元件件件件。它它它它的的的的主主主主要要要要作作作作用用用用是是是是使使使使通通通通过过过过它它它它的的的的光光光光线线线线的的的的行行行行进进进进方方方方向向向向相相相相对对对对与与与与原原原原来来来来的的的的方方方方向向向向发发发发生生生生偏偏偏偏折折折折。所以偏向角是它的主要特征量。所以偏向角是它的主要特征量。所以偏向角是它的主要特征量。所以偏向角是它的主要特征量。如图如图1 1 入射光线入射光线SDSD与出射光线与出射光线 ESES之间的夹角之间的夹角，称，称 为光在三棱镜截面内的为光在三棱镜截面内的 偏向角。偏向角。图图1 1 棱镜折射示意图棱镜折射示意图实验原理及背景知识介绍：实验原理及背景知识介绍：对对于于给给定定顶顶角角 的的三三棱棱镜镜，随随 而而变变。在在实实验验中中可可以以观观察察到到当当 变变化化时时，有有一一个个最最小小值值，称称为为最最小小偏偏向向角角 。这这时时入入射射光光的的方方向向和和出出射射光光的的方方向向是是关关于于三三棱镜对称的。棱镜对称的。当偏向角达到最小值时，则三棱镜的折当偏向角达到最小值时，则三棱镜的折射率为：射率为：实验内容：实验内容：调节分光计调节分光计调节分光计调节分光计（1 1）把望远镜目镜分划板上的叉丝调节清晰；）把望远镜目镜分划板上的叉丝调节清晰；）把望远镜目镜分划板上的叉丝调节清晰；）把望远镜目镜分划板上的叉丝调节清晰；（2 2）把望远镜调节到适合观察平行光；）把望远镜调节到适合观察平行光；）把望远镜调节到适合观察平行光；）把望远镜调节到适合观察平行光；（3 3）把望远镜的光轴调节到与仪器的主轴垂直；）把望远镜的光轴调节到与仪器的主轴垂直；）把望远镜的光轴调节到与仪器的主轴垂直；）把望远镜的光轴调节到与仪器的主轴垂直；（4 4）把平行光管调节到能够出射平行光；）把平行光管调节到能够出射平行光；）把平行光管调节到能够出射平行光；）把平行光管调节到能够出射平行光；（5 5）把平行光管的光轴调节到与望远镜共轴；）把平行光管的光轴调节到与望远镜共轴；）把平行光管的光轴调节到与望远镜共轴；）把平行光管的光轴调节到与望远镜共轴；（6 6）把狭缝调节成竖直状态且宽度适中。）把狭缝调节成竖直状态且宽度适中。）把狭缝调节成竖直状态且宽度适中。）把狭缝调节成竖直状态且宽度适中。实验内容：实验内容：2 2、测定棱镜的折射率、测定棱镜的折射率则，棱镜的折射率为：则，棱镜的折射率为：根据棱镜折射的光路图，放置好三棱镜，根据棱镜折射的光路图，放置好三棱镜，旋转载物台去寻找最小偏向角的位置并旋转载物台去寻找最小偏向角的位置并记录记录 ，移动望远镜对准入射光的，移动望远镜对准入射光的位置并记录位置并记录 ，即可以计算棱镜的，即可以计算棱镜的最小偏向角：最小偏向角：实验步骤：实验步骤：一一一一调节分光计。调节分光计。四记录入射光的方位角四记录入射光的方位角二寻找最小偏向角。二寻找最小偏向角。三记录最小偏向角的方位角。三记录最小偏向角的方位角。五计算最小偏向角。五计算最小偏向角。六计算待测棱镜的折射率。六计算待测棱镜的折射率。一、一、调节分光计调节分光计1粗调粗调 （1）目测粗调使望远镜光轴大致水平，并）目测粗调使望远镜光轴大致水平，并 粗调平行光管使其与望远镜大致共轴。粗调平行光管使其与望远镜大致共轴。（2）调节载物台水平度调节螺丝使载物台）调节载物台水平度调节螺丝使载物台 台面大致水平。台面大致水平。一、一、调节分光计调节分光计2、调节望远镜、调节望远镜（1）目镜调焦）目镜调焦目镜调焦的目的是使眼睛通过目镜能目镜调焦的目的是使眼睛通过目镜能很清楚地看到目镜中分划板上的刻线很清楚地看到目镜中分划板上的刻线和叉丝。调焦办法：接通仪器电源，和叉丝。调焦办法：接通仪器电源，把目镜调焦手轮旋出，然后一边旋进把目镜调焦手轮旋出，然后一边旋进一边从目镜中观察，直到分划板刻线一边从目镜中观察，直到分划板刻线成像清晰，再慢慢地旋出手轮，至目成像清晰，再慢慢地旋出手轮，至目镜中刻线的清晰度将被破坏而未被破镜中刻线的清晰度将被破坏而未被破坏时为止（如图坏时为止（如图3）。）。遮光窗图3 目镜分划板一、一、调节分光计调节分光计2、调节望远镜、调节望远镜（2）应用自准法对望远镜调焦，使其适合观察平行光）应用自准法对望远镜调焦，使其适合观察平行光 a、接上电源，将分划板照亮。接上电源，将分划板照亮。b、将双面反射镜放在载物台上、将双面反射镜放在载物台上 （如图（如图4）。）。c、调节望远镜府仰角螺钉，寻、调节望远镜府仰角螺钉，寻 找经过平面镜反射回来的的找经过平面镜反射回来的的 绿十字，并前后移动目镜装绿十字，并前后移动目镜装 置对望远镜调焦，使绿十字置对望远镜调焦，使绿十字 叉丝成像清晰（如图叉丝成像清晰（如图5）。）。图图4 双面反射镜的放置双面反射镜的放置图图5 双面反射镜反射双面反射镜反射回来的绿十字回来的绿十字一、一、调节分光计调节分光计2、调节望远镜、调节望远镜（3）应用各半调节法调节望远镜的光轴）应用各半调节法调节望远镜的光轴 与仪器的主轴垂直。与仪器的主轴垂直。a、望远镜内出现清晰的绿十字叉丝像，而与、望远镜内出现清晰的绿十字叉丝像，而与 分划板上方的十字刻度线有一定的高度差分划板上方的十字刻度线有一定的高度差 h（图（图6 a）。）。b、调节望远镜光轴仰角调节螺丝，使高度差、调节望远镜光轴仰角调节螺丝，使高度差 h减小一半减小一半（图（图6b）。）。c、再调节载物台调平螺丝、再调节载物台调平螺丝b或或c，使高度差全，使高度差全 部消除（图部消除（图6c）。）。图图6 各半调各半调节法示意图节法示意图一、一、调节分光计调节分光计d、旋转载物台，使双面反射镜转过、旋转载物台，使双面反射镜转过180，重复各调一半法，使绿十字叉丝像如图重复各调一半法，使绿十字叉丝像如图 6(c)所示。所示。e、重复上述步骤，使经双面反射镜两个面反、重复上述步骤，使经双面反射镜两个面反 射的的绿十字叉丝像均如图射的的绿十字叉丝像均如图 6(c)所示。所示。一、一、调节分光计调节分光计3 3、调节平行光管、调节平行光管（1 1）调节平行光管，使其适合观察平行光）调节平行光管，使其适合观察平行光调节平行光管上的狭缝装置在平行光调节平行光管上的狭缝装置在平行光管轴线上的位置，直到狭缝的像最清管轴线上的位置，直到狭缝的像最清晰，此时平行光管出射平行光，如图晰，此时平行光管出射平行光，如图7所示。所示。图图7 7 平行光平行光管出射平行光管出射平行光一、一、调节分光计调节分光计3 3、调节平行光管、调节平行光管（2 2）调节平行光管，使其与望远镜共轴）调节平行光管，使其与望远镜共轴旋转狭缝旋转狭缝90o，使其与目镜分，使其与目镜分划板水平刻线平行，调节平行划板水平刻线平行，调节平行光管水平调节螺钉，使狭缝与光管水平调节螺钉，使狭缝与目镜视场中心的水平刻线重合，目镜视场中心的水平刻线重合，如图如图8所示。所示。图图8 8 平行光管与平行光管与望远镜共轴示意图望远镜共轴示意图一、一、调节分光计调节分光计3、调节平行光管、调节平行光管（3 3）调节缝宽适中（）调节缝宽适中（0.5mm0.5mm左右）左右）旋转狭缝旋转狭缝90o，使其与目镜分，使其与目镜分划板竖直刻线平行，调节狭缝划板竖直刻线平行，调节狭缝宽度调节手轮，使狭缝宽度适宽度调节手轮，使狭缝宽度适中，如图中，如图9所示。所示。图图9 9 狭缝宽度狭缝宽度调节示意图调节示意图二、二、寻找最小偏向角寻找最小偏向角1、按照棱镜折射光路图放置好三棱镜：、按照棱镜折射光路图放置好三棱镜：图图 棱镜折射光路图，棱镜折射光路图，BCBC为三棱镜的底面为三棱镜的底面为折射光线的偏向角为折射光线的偏向角二、寻找最小偏向角二、寻找最小偏向角2、寻找折射光、寻找折射光 用光源照亮狭缝，根据折射定律判断折射光的出用光源照亮狭缝，根据折射定律判断折射光的出射方向，同时移动望远镜观察，可看到几条平行的射方向，同时移动望远镜观察，可看到几条平行的彩色谱线，即为折射光。彩色谱线，即为折射光。二、寻找最小偏向角二、寻找最小偏向角3 3 3 3、观察偏向角的变化、观察偏向角的变化、观察偏向角的变化、观察偏向角的变化 慢慢转动载物台，同时注意谱线的移动情况，慢慢转动载物台，同时注意谱线的移动情况，慢慢转动载物台，同时注意谱线的移动情况，慢慢转动载物台，同时注意谱线的移动情况，观察偏向角的变化。顺着偏向角减小的方向，缓观察偏向角的变化。顺着偏向角减小的方向，缓观察偏向角的变化。顺着偏向角减小的方向，缓观察偏向角的变化。顺着偏向角减小的方向，缓慢转动载物台，使偏向角继续减小，直慢转动载物台，使偏向角继续减小，直慢转动载物台，使偏向角继续减小，直慢转动载物台，使偏向角继续减小，直 至看到谱线移至某一位置后将反向移动至看到谱线移至某一位置后将反向移动至看到谱线移至某一位置后将反向移动至看到谱线移至某一位置后将反向移动 ，即，即，即，即 为最小偏向角的位置。为最小偏向角的位置。为最小偏向角的位置。为最小偏向角的位置。三、测定最小偏向角的方向三、测定最小偏向角的方向 转动望远镜支架，使绿色谱线位于分转动望远镜支架，使绿色谱线位于分划板的中央，调节望远镜微调螺丝，使望划板的中央，调节望远镜微调螺丝，使望远镜内的分划板十字刻度线的中央竖线对远镜内的分划板十字刻度线的中央竖线对准该绿色谱线中央，从游标准该绿色谱线中央，从游标“1”1”和游标和游标“2”2”读出该折射光线的角度读出该折射光线的角度 。四、测定入射光方向四、测定入射光方向 移动望远镜支架，将望远移动望远镜支架，将望远镜对准平行光管，微调望远镜对准平行光管，微调望远镜，将狭缝像准确地位于分镜，将狭缝像准确地位于分划板的中央竖直刻度线上，划板的中央竖直刻度线上，从两游标读出入射光线的角从两游标读出入射光线的角度度 ，重复测量，重复测量8 8次。次。五、计算最小偏向角五、计算最小偏向角 根根根根据据据据最最最最小小小小偏偏偏偏向向向向角角角角的的的的方方方方向向向向 ，以以以以及及及及入入入入射射射射光光光光的的的的方方方方向向向向 ，即即即即可计算最小偏向角：可计算最小偏向角：可计算最小偏向角：可计算最小偏向角：六、计算待测棱镜的折射率六、计算待测棱镜的折射率n对于已知顶角对于已知顶角 的三棱镜，的三棱镜，测量出某种谱线的最小偏向测量出某种谱线的最小偏向角，即可计算该待测棱镜对角，即可计算该待测棱镜对这种谱线的折射率为：这种谱线的折射率为：实验完成实验完成 当实验完成，所有实验相关原始数据（包当实验完成，所有实验相关原始数据（包当实验完成，所有实验相关原始数据（包当实验完成，所有实验相关原始数据（包括每一测量量的仪器示值误差）都已按要求记括每一测量量的仪器示值误差）都已按要求记括每一测量量的仪器示值误差）都已按要求记括每一测量量的仪器示值误差）都已按要求记录在预习报告的三线表中后，可示意教师检验录在预习报告的三线表中后，可示意教师检验录在预习报告的三线表中后，可示意教师检验录在预习报告的三线表中后，可示意教师检验自己的实验数据。教师在检查、核对完该同学自己的实验数据。教师在检查、核对完该同学自己的实验数据。教师在检查、核对完该同学自己的实验数据。教师在检查、核对完该同学的仪器状态与数据无误的仪器状态与数据无误的仪器状态与数据无误的仪器状态与数据无误并签字并签字并签字并签字后，填写好仪器后，填写好仪器后，填写好仪器后，填写好仪器使用登记表，整理好仪器，并收回椅子，方可使用登记表，整理好仪器，并收回椅子，方可使用登记表，整理好仪器，并收回椅子，方可使用登记表，整理好仪器，并收回椅子，方可离开实验室离开实验室离开实验室离开实验室思考题：思考题：1.1.三棱镜的折射率与哪些物理量有关？三棱镜的折射率与哪些物理量有关？2.2.什么情况下会产生最小偏向角，对应的实什么情况下会产生最小偏向角，对应的实验现象？验现象？3.3.根据实验现象判断，折射率和光波长的关根据实验现象判断，折射率和光波长的关系如何？系如何？4.4.在测量最小偏向角的过程中改变三棱镜的在测量最小偏向角的过程中改变三棱镜的状态，对实验有没有影响，为什么？状态，对实验有没有影响，为什么？注意事项：注意事项：1.1.分光计是精密仪器，各部件的操作要小心。分光计是精密仪器，各部件的操作要小心。分光计是精密仪器，各部件的操作要小心。分光计是精密仪器，各部件的操作要小心。2.2.在测量最小偏向角的方位角前，要把入射光与在测量最小偏向角的方位角前，要把入射光与在测量最小偏向角的方位角前，要把入射光与在测量最小偏向角的方位角前，要把入射光与折射光调至等高状态。折射光调至等高状态。折射光调至等高状态。折射光调至等高状态。3.3.在重复测量过程中，要不断改变棱镜的位置去在重复测量过程中，要不断改变棱镜的位置去在重复测量过程中，要不断改变棱镜的位置去在重复测量过程中，要不断改变棱镜的位置去寻找最小偏向角。寻找最小偏向角。寻找最小偏向角。寻找最小偏向角。4.4.重复测量时，必须是对于同一种颜色的谱线。重复测量时，必须是对于同一种颜色的谱线。重复测量时，必须是对于同一种颜色的谱线。重复测量时，必须是对于同一种颜色的谱线。