北航基础物理研究性报告——分光仪的调整及其应用.docx

分光仪调整及其应用

基础物理研究性报告

分光仪的调整及其应用

第一作者：王羽佳
学号：14141015
第二作者：何明君
学号：14141008
学院：可靠性与系统工程学院
日期：2015年12月15日

目录
摘要...................................................................................................4
一、 实验要求...................................................................................4
1.1实验重点...............................................................................4
二、 实验原理...................................................................................5
2.1分光仪的调整........................................................................5
2.1.1分光仪的结构...............................................................5
2.1.2分光仪的调节原理及方法...........................................8
2.2三棱镜顶角的测量..............................................................12
2.2.1三棱镜的调整.............................................................12
2.2.2反射法测量三角形顶角.............................................13
2.3棱镜折射率的测量..............................................................14
2.3.1最小偏向角法测棱镜折射率.....................................14
三、 实验仪器.................................................................................16
四、 实验步骤.................................................................................16
4.1分光仪的调整.....................................................................16
4.2三棱镜顶角的测量..............................................................16
4.2.1调整三棱镜.................................................................16
4.2.2用反射法测棱镜顶角.................................................17
4.2.3数据处理.....................................................................18
4.3棱镜折射率的测量..............................................................19
4.3.1用最小偏向角法测量棱镜折射率.............................19
4.3.2数据处理.....................................................................19
五、 思考题.....................................................................................22
六、 误差来源分析.........................................................................23
七、 实验调节经验技巧总结..........................................................24
八、 关于实验改进的建议..............................................................25
8.1三棱镜顶角测量方法……………………………………………………….25
8.1.1自准直法与反射法测三棱镜的顶角的比较…………….25
8.1.2相对转动测量法………………………………………………………27
8.1.3相对转动测量法与反射法测三棱镜的顶角的比较…28
8.2三棱镜的折射率的测量…………………………………………………...29
8.2.1掠入射法与最小偏向角法的比较……………………………29
8.2.2对于最小偏向角法的改进……………………………………….31
九、实验感想……………………………………………………………………………….31
参考文献.........................................................................................32

摘要
分光仪是分光测角仪的简称，它能较精确地测量平行光线的偏转角度。借助它并利用反射、折射、衍射等物理现象，可完成全偏振角、晶体折射率、光波波长等物理量的测量，其用途十分广泛。本文以“分光仪的调整与应用”为主要内容，首先介绍了实验的原理与步骤，然后进行了数据处理与不确定度的计算。并参考文献，总结了分光仪调整的经验，并比较了测量三棱镜顶角的两种方法以及提出改进方案；分析了折射率测量的方法优缺点，以及改进最小偏向角法。
关键词：分光仪 三棱镜顶角 折射率
一、 实验要求
1.1实验重点
（1）了解分光仪的构造及其主要部件的作用；
（2）学习并掌握分光仪的调解原理与调节方法；
（3）掌握自准直法和逐次逼近调解法，巩固消除视差调节技术；
（4）学会用反射法测量三棱镜的顶角。
二、 实验原理
2.1分光仪的调整
2.1.1分光仪的结构
分光仪的结构因型号的不同各有差别，但基本结构是相同的，一般都由底座、刻度读书盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。下面介绍JJY型分光仪（见图1）

图1 JJY型分光仪
1. 平行光管狭缝装置2.狭缝装置锁紧螺丝3.平行光管镜筒4.游标盘制动架5.载物台6.载物台调平螺钉7.载物台锁紧螺丝8.望远镜筒9.目镜筒锁紧螺丝10.阿贝式自准直目镜11.目镜视度调节手轮12.望远镜光轴俯仰角调节螺钉13. 望远镜光轴水平方位调节螺钉14.支持臂15.望远镜方位角微调螺钉16.望远镜锁紧螺钉17.望远镜转座与度盘锁紧螺钉18.望远镜制动架19.底座20.望远镜转座21.主刻度盘22.游标内盘23.立柱24.游标盘微调螺丝25.游标盘锁紧螺钉26.平行光管光轴水平方位调节螺钉27.平行光管光轴俯仰角调节螺钉28.狭缝宽度调节手轮

（1） 三角底座
在三角底座中心，装有一垂直的固定轴，望远镜、主刻度圆盘、游标刻度圆盘都可绕它旋转，这一固定轴称为分光仪主轴。
（2） 刻度圆盘

圆盘上刻有角度数值的称为主刻度盘，在其内侧有一游标盘，在游标盘上相对180°处刻有两个游标。主刻度盘和游标刻度盘都垂直于仪器主轴，并可绕主轴转动。
读数系统由主刻度盘和游标盘（角游标）组成，沿度盘一周刻有360个大格，每格1°，每大格又分成两小格，所以每小格为30′。主刻度盘内侧有一游标盘。主刻度盘可以和望远镜一起转动，游标盘可以和载物台一起转动，游标盘在它的对径方向有两个游标刻度，游标刻度的30个小格对应主刻度盘刻度的29个小格，所以这一读数系统的准确度为1′。它的读数原理与游标卡尺完全相同。
（3） 载物平台
载物平台用来放置光学元件，如棱镜、光栅等，在其下方有载物台调平螺钉3只，以调节平台倾斜度（见图1中的6）。用螺钉7可调节载物平台的高度，当固紧时平台与游标刻度盘固联。固紧螺钉25，可使游标盘与主轴固联；拧动螺丝24，可使载物台与游标盘一起微动。
（3）自准直望远镜
自准直望远镜的结构如图2所示。它由目镜、全反射棱镜、叉丝分划板及物镜组成。目镜装在6处，全反射棱镜和叉丝分划板装中间套筒内，物镜装在2处。叉丝分划板上刻有双十字叉丝和透光小十字刻线，并且与上叉丝与小十字刻线对称于中心叉丝，全反射棱镜紧贴其上。开启光源4时，光线经全反射棱镜照亮小十字刻线。当小十字刻线平面处在物镜的焦平面上时，从刻线发出的光线经物镜成平行光。如果有一平面镜将这个平行光反射回来，再经物镜，必成像于焦平面上，于是从目镜中可以同时看到叉丝和小十字刻线的反射像，并且无视差，如果望远镜光轴垂直于平面反射镜，反射像将与上叉丝重合。这种调节望远镜使之适于观察平行光的方法称为自准直法，这种望远镜称为自准直望远镜。

图2 自准直望远镜
望远镜可通过螺钉16的固紧与主刻度盘固联。又可通过螺钉17的固紧与主轴固联，此时拧动望远镜微调螺钉15，望远镜将连同主刻度盘绕主轴微动。
（5） 平行光管
平行光管与底座固联，靠近仪器主轴的一端装有平行光管的物镜，另一端装有可调狭缝套筒，前后移动套管，使狭缝处在物镜的焦平面上，于是由狭缝产生的光通过物镜后成平行光。
2.1.2分光仪的调节原理及方法
分光仪常用于测量入射光与出射光之间的角度，为了能准确测得此角度，必须满足两个条件①入射光与出射光均为平行光；②入射光与出射光均与刻度盘平面平行。为此须对分光仪进行调整：使平行光管发出平行光，其光轴垂直于仪器主轴（即平行于刻度盘平面）；使望远镜接收平行光，其光轴垂直于仪器主轴；须调整载物平台，使其上旋转的分光元件的光学平面平行于仪器主轴。下面介绍调整方法。
（1）粗调
调节水平调节螺钉，使望远镜居于支架中央，并目测调节望远镜俯仰螺钉，使光轴大致与主轴垂直，调节载物平台下方的3只螺钉外伸部分等长，使平台平面大致与主光轴垂直。这些粗调对于望远镜光轴的顺利调整至关重要。
（2）调节望远镜
图3 平面镜的放置

◇望远镜调焦于无穷远
调节要求： 根据前述自准直原理，当叉丝位于物镜焦平面时，叉丝与小十字刻线的反射像共面，即绿十字与叉丝无视差，此时望远镜只接收平行光，或称望远镜调焦于无穷远。
调节方法：在载物平台上（见图3）放置平面反射镜，构成图2所示的自准直光路。
开启内藏照明灯泡，照明透光小十字形刻线。调节目镜（转动目镜手轮，筒壁螺纹结构使得目镜筒在叉丝分划板筒内前后移动），改变目镜与叉丝分划板之间的距离，直至看清反射镜沿水平方向的方位，若平面反射镜的镜面在俯仰方向上已大致垂直于望远镜光轴，则在旋转载物台的过程中，总可以在某一位置，通过目镜看到一个绿色十字（可能不太清晰），如看不到则应视情况调节望远镜下方的俯仰螺钉或载物台下方的或螺钉，再一次粗调望远镜光轴大致与平面反射镜的镜面垂直。前后伸缩叉丝分划板套筒B，改变叉丝与物镜之间的距离，直到在目镜中清晰无视差的看到一个明亮的绿色小十字（透光小十字刻线的像）为止。
◇调整望远镜光轴与仪器主轴垂直
调整原理：若望远镜光轴垂直于平面反射镜镜面，且平面镜镜面平行于仪器主轴，则望远镜光轴必垂直于仪器主轴。此时若将载物台绕仪器主轴转180°，使平面镜另一面对准望远镜，望远镜光轴仍将垂直于平面镜。若望远镜光轴开始时垂直于平面镜，但不垂直于仪器主轴，亦即平面镜镜面不平行于主轴，则将平面镜反转180°后，望远镜光轴不再垂直于平面镜镜面。
由光路成像的原理可知，当望远镜光轴垂直于平面镜镜面时，反射像绿十字与上叉丝重合。若同时有平面镜镜面平行于仪器主轴，则平面镜反转180°后，仍有望远镜主轴与平面镜垂直，绿十字仍与上叉丝重合。此时必有望远镜光轴垂直于主轴。若平面镜镜面不平行于仪器主轴，则平面镜反转180°后，绿十字与上叉丝将不再重合。
调整方法：在望远镜调焦于无穷远的基础上，观察绿色小十字，一般它会偏离上叉丝，调节载物台调平螺钉或，使绿色小十字向上叉丝移近1/2的偏离距离，再调节望远镜俯仰调节螺钉，使绿色小十字与上叉丝重合（如图4所示），这时，望远镜光轴与平面镜镜面垂直。将平面镜反转180°，重复调节载物台调平螺钉或，并调节望远镜俯仰调节螺钉，使绿色小十字各自消除1/2与上叉丝的偏离量，再次使望远镜光轴与屏幕镜镜面垂直。如此重复几次，直至平面镜绕主轴旋转180°，绿色小十字始终都落在上叉丝中心为止。每进行一次调节，光轴与主轴垂直状态及平面镜与主轴的平行状态就改善一次。多次调节，逐渐达到完全改善为止，故称为逐次逼近调节。又由于每次各调1/2的偏离量，故又称半调法。
图4 半调法
◇调整叉丝分划板的纵丝与主轴平行
分划板的上叉丝与纵丝是互相垂直的。当纵丝与主轴不平行时，绕主轴转动望远镜，在望远镜视场中，会看到绿色小十字的运动轨迹与上叉丝相交。只要微微转动（不能有前后滑动）叉丝镜筒，达到绿色小十字的运动轨迹与上叉丝重合，叉丝方向就调好了。
（3）平行光管的调整
◇使平行光管产生平行光
当被光所照明的狭缝刚好位于透镜的焦平面上时，平行光管射出平行光。
调整方法：将已调节好的望远镜对准平行光管，拧动狭缝宽度调节手轮，打开狭缝，松开狭缝套筒锁紧螺钉，前后移动狭缝套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中无视差的看到边缘清晰的狭缝像时，平行光管即发出平行光。
◇调平行光管光轴与仪器主轴垂直
望远镜光轴已垂直仪器主轴，若平行光管与其共轴，则平行光管光轴同样垂直主轴。
调整方法： 旋转望远镜至观察到狭缝像，调整平行光管俯仰调节螺钉，使狭缝像的中点与中心叉丝重合（中心叉丝与狭缝中点都可视为望远镜与平行光管光轴所垂直通过的地方）；或将狭缝横放，调平行光管的俯仰调节螺钉至狭缝的固定边与中心叉丝重合。
至此，分光仪的调整已基本完成，现已满足两个条件：入射光与出射光均为平行光；入射光与刻度盘平面平行，但出射光还未调至与刻度盘平面平行，这一步与具体的测量内容有关，需结合分光仪的应用来进行。
2.2三棱镜顶角的测量
2.2.1三棱镜的调整
（1）调整要求：
欲测三棱镜顶角，必须使望远镜的光轴旋转平面垂直于待测顶角A的两光学平面AB面和AC面（见图5），即望远镜分别对准AB面和AC面时均应有绿色十字与上叉丝重合。
图5 三棱镜的放置方法
（2）三棱镜的放置
如图5所示，按逆时针方向称三棱镜的三个顶角为A、B、C，AB、AC构成待测顶角A的光学面，BC为磨沙面。放置时，令三棱镜的AB（BC、AC）边平行于载物台上的径线Oa（Ob、Oc）。这样一来，在调节Oa（Oc）线下的调平螺钉a（c）时，整个棱镜将以bc（ba）为轴转动，由于AB（AC）面与bc（ba）垂直， 故不会影响AB（AC）面与仪器主轴的相对关系。
（3）调三棱镜的AB面和AC面与望远镜光轴垂直
此调整在已调好望远镜的基础上进行。先用自准直法调AB面与望远镜光轴垂直（即AB面与仪器主轴平行），如不垂直，可调节调平螺钉b或c；再转动载物平台将AC面转向望远镜，此时可且只可调节调平螺钉a使AC面与望远镜光轴垂直，因为调a不会破坏已调好的AB面与望远镜光轴的垂直关系。
从以上叙述中可体会到，三棱镜的放置与调平螺钉的调节，要遵循调整第二面的方位时不致改变第一面的方位的原则。按照此原则，并掌握当某调平螺钉到平台中心的连线与三棱镜的一棱面平行时。调节此螺钉不会改变该棱面的方位的规律，调整就会得心应手，否则会给调整带来麻烦。
在调整三棱镜的过程中，可以看到应保证望远镜光轴的旋转平面与主轴的垂直关系不变，否则将造成测量角度的误差，损失分光仪测角的准确度。
2.2.2反射法测三棱镜顶角
反射法测顶角须使入射平行光经AB、AC面反射后能通过望远镜，而望远镜是绕主轴旋转的，所以AB和AC面的反射平行光必须通过主轴才能进入望远镜。如果主轴中心远离顶角A，AB、AC面的反射光不能通过主轴，从而也就不能通过望远镜；只有如图3所示，顶角A处于主轴中心O附近时，AB、AC面的反射光才能进入望远镜。所以测量顶角时，应尽量将顶角A平移靠主轴中心处。
旋转载物台至三棱镜顶角A对准平行光管，使部分平光由AB面反射；另一部分平行光由AC面反射。当望远镜在I位置观察到AB面反射的狭缝像，在II位置观察到AC面反射的狭缝像时，望远镜转过了角度θ，由图6可知
图6 反射法测棱镜顶角

又因为
故有

2.3棱镜折射率的测量
2.3.1最小偏角法
如图7所示，单色平行光束入射到三棱镜AB面，经折射后由AC面出射，出射光线与入射光线的夹角称为偏向角δ。
图7 自小偏向角法测棱镜折射率
沿主截面入射的光线DE在界面AB上发生第一次折射，由折射定律有

折射光线EF入射到界面AC上发生第二次折射，同理有

设三棱镜顶角为A，由△EOF和△EPF可知
可见对顶角一定的棱镜而言，偏向角δ随入射角而变；对某一个值，偏向角有最小值，称为最小偏向角。由最小偏向角条件可以证得
或
得

最终有

三、实验仪器
分光仪、平面反射镜、三棱镜、钠灯及电源
四、实验步骤
4.1分光仪的调整
根据实验原理部分提供的方法对分光仪进行调整。
要求：
平面反射镜反射回来的绿色十字与叉丝无视差。
平面镜正、反两面反射回来的绿色十字均与上叉丝重合，且转动平台过程中绿色十字沿上叉丝移动。
狭缝像与叉丝无视差，且中心点与中心叉丝等高。
4.2三棱镜顶角的测量
4.2.1调整三棱镜
将三棱镜放置于载物台上，使待测顶角A靠近中心，并使其一个光学面与载物台上的某根径线平行，用压杆固定好棱镜。将望远镜对准三棱镜某光学平面，调节与另一光学平面平行的在载物台径线下螺钉，使绿色十字与上叉丝重合。同理再调整另一光学平面。
4.2.2用反射法测棱镜顶角
为了准确的测量三棱镜的顶角，除了严格调整分光仪和三棱镜外，尚须准确读取数据和掌握正确的测量方法。
1）偏心差的消除
在分光仪的生产过程中，分光仪的主刻度盘和游标盘不可能完全同心，读数时不可避免的将产生偏差，称为偏心差，这是仪器本身的系统误差。消除系统误差的办法是采用对径读数法。设开始时，左边游标的读数为，右边游标的读数为，当望远镜或载物平台转过某一角度后，左边游标的读数为，右边游标的读数为，可以由左边的读数得到其转角，由右边读数得到，然后取其平均值,这就可以消除偏心差，得到准确的结果。
2）减小主刻度盘刻度不均匀造成的系统误差
如果主刻度盘不均匀，测量时将产生一定的系统误差。为了减少此误差，需在刻度盘不同部位进行多次测量，然后取其平均值。
测量方法：每次测量时应改变初始值，即开刻度盘固紧螺钉，单独旋转—，测量次数不少于5次。
注意：推动望远镜的时候应推动望远镜支臂，切勿推动望远镜镜筒，以免破坏望远镜与仪器主轴的垂直关系，造成角度测量的超差。
4.2.3数据处理
（1）数据记录
序号
1
2
3
4
5

185°25′
180°
160°45′
342°20′
249°58′

133°30′
70°
220°40′
161°40′
195°8′

63°30′
300°
280°35′
221°37′
130°

253°28′
190°
100°45′
41°45′
315°

119°57′
120°
119°50′
120°9′
119°55′
（2） 数据计算
则

不确定度的计算:

A类不确定度：
B类不确定度：

即

最终三棱镜顶角的表达式为

4.3.棱镜折射率的测量
4.3.1用最小偏向角法测棱镜折射率
旋转载物平台，使平行光入射三棱镜的AB面，用望远镜在AC面观察折射光线，之后沿某方向缓慢转动平台，可看到谱线随平台转动向一个方向移动，当移到某个位置时突然向反方向折回，这一转折位置即该谱线的最小偏向位置。测量此位置处谱线与入射光线的夹角，此即最小偏向角。
4.3.2数据处理
序号
1
2
3
4
5

289°44′
325°7′
286°13′
77°29′
127°12′

109°47′
145°12′
207°15′
257°3′
307°14′

238°8′
274°3′
336°14′
26°31′
76°12′

58°′
94°8′
156°17′
206°32′
256°15′

51°36′
51°4′
50°30′
50°50′
51°
由公式得

不确定度的计算：
A类不确定度：
B类不确定度

则

则，三棱镜折射率的最终表达式为
五、思考题
1. 叉丝在望远镜的焦平面上，上叉丝与下叉丝发出的平行光经过折射与反射后成的像在焦平面上，若绿色十字对准上叉丝的中心时，有对称性可知光轴与平面镜垂直，若不垂直，则上叉丝不重合。
2. 问：在调好望远镜的基础上，欲测定直角三棱镜的直角顶角，应如何放置和调整此三棱镜？
答：使被测三棱镜AB边与oa边平行，可以先调节B、C使AC与主轴平行，再调节螺钉a使AB与主轴平行。（此时，不能动b、c，否则会破坏AC与主轴平行）。

3. 问：用半调法调整望远镜光轴与仪器主轴垂直时，若每次调整量严格为1/2偏离量（实际上做不到），问反转平面镜正反各几次，就可以使望远镜光轴垂直仪器主轴？
答：反转一次，即可使望远镜光轴垂直于仪器主轴。如图8所示，第一次调节后，望远镜光轴垂直于平面镜，设光轴与仪器主轴间的夹角为，则平面镜与主轴的夹角也为。如图9所示，将载物台旋转后，望远镜光轴与平面镜夹角为，采用半调法，使调整量严格为1/2，则光轴与平面镜将各自往主轴的重线与主轴偏转。

图8 图9
六、误差来源分析
1) 人为的读数误差，由于游标盘分度细密，估读时具有很大的人眼误差。
2) 由于狭缝具有一定的宽度，并且由于实验使用的是钠光源，由于此光源其实是由波长差为0.6nm的钠双线合成的复合光，再考虑到三棱镜的分光能力使得狭缝的像具有更宽的宽度，在与纵丝对齐时不易找到中心位置导致的测量误差。
3) 在用反射法测量顶角时，由于没有将顶角完全放置到载物台中心处导致的误差。
4) 望远镜和主轴的垂直度的系统误差。
5) 望远镜垂直主轴时的叉丝像位置的系统误差。
6) 载物台倾角对应的顶角系统误差。
7) 寻找最小偏向位置的人眼误差，寻找到的位置不是准确的折返点，只是临近点。

七、实验调节技巧经验总结
针对我们在实验过程中发现的调节困难的地方，我们进行了简单的经验总结。
在对分光仪粗调之后，载物台与转轴垂直，望远镜光轴与仪器转轴垂直，但由于初学者对垂直度的判断不准确， 故有些学生在粗调之后并只找到一面有十字像，或者两面都没有找到十字像。 如果转动载物台使平面镜的另一面对准望远镜，如看不到十字像，则可以转动载物台使望远镜对准有十字像的一面，通过调节望远镜倾斜螺丝，使十字像处于视场的最上方， 转动载物台在另一面寻找十字像， 通常可以找到。如果找不到，则转动载物台，使望远镜对准有十字像的那一面，调节望远镜的倾斜螺丝，使十字像调至视场的最下方，转动载物台，将原来无反射十字像的镜面对着望远镜，就可以找到十字像了。
其实出现只找到一面有十字像的时候，一般会在视场的上下看到“十” 字像周围的光环，如图10（a）、（b）所示[1]。其实只要找到了“十” 字像的光环，就相当于找到了“十” 字像。然后通过调螺钉2和3（或4）各一半 ， 把正反面反射的两个“十” 字像都调到调节叉丝上，一般经过两到三轮的调节（半调法）就可完成。

图10
八、测量方法的比较以及改进建议
8.1三棱镜顶角测量方法：
8.1.1自准直法与反射法测三棱镜的顶角的比较：
反射法测顶角的不确定度[2]为：

自准法测顶角的不确定度[9]为：

由此看来，反射法测量的方法的不确定度更低，理论上反射法的准确度更高。然而用发射法测量时有两点需要做到：(1)顶角正对狭窄的平行光，(2)狭缝光能同时到达三棱镜的两个光学面。但是，在实际实验中，这两点很难做到，原因是很难确定三棱镜顶角在载物台上的位置使平行光正好照射在顶角上，很可能光线只是照射在了一个面上，这就会出现“只看见一边狭缝像”的现象，即使光线正对顶角，但由于狭缝光很窄，顶角又有一定的宽度，所以真正照射在两个光学面上的光很少，反射像很暗淡，会出现“看不到狭缝光”的现象，因此导致测量的准确度降低。相比自准直法不会有此缺点。
用反射法时，对三棱镜的放置位置有一定的要求。首先三棱镜一定要放正，即在图11中三棱镜的顶角A的角平分线要和平行光的方向一致。如三棱镜放偏，则会引起一定的误差。另外还要要求三棱镜的中心轴与载物台的中心要重合，如不置于载物台中心则可能会引起的误差[3]为：

图11
8.1.2相对转动测量法[4]
由此我们提出了一个改进措施，通过提高入射光线的亮度来提高反射法的实际测量的准确度。我们可以让狭缝光先在一个面AB反射，然后转动载物台，改变三棱镜的位置，使光线在另外一面AC反射，只要我们记录先后两次的位置以及载物台转过的角度，就可以求出顶角的大小。
(1)按照分光计的实验要求调整好分光计后将三棱镜放于载物台上，调节载物台，使三棱镜两光学面反射的十字叉丝像都在分划板的上横丝。
(2)将载物台与游标盘联结，使他们一起转动，设其为系统①。同样，使望远镜系统与主刻度盘联结，设其为系统②，三棱镜在载物台上可正中放置。
(3)转动系统①使三棱镜的位置达到图12的状态，固定①转动②，用望远镜找到狭缝在AB面的反射光线，对齐后记录左右游标的读数和。
(4)固定系统②，即主刻度盘不动，转动系统①，使三棱镜转过一个相对角度，能使平行光入射到AC面的状态，记录下此时左右游标图13的读数和，再固定系统①转动系统②，用望远镜找到狭缝在AC面的反射光线，对齐后记录左右游标的读数和。

图12 图13
8.1.3相对转动测量法与反射法测三棱镜的顶角的比较
1. 相对转动测量法会让完整的光束作为入射光线，这样光的强度要大幅度高于反射法，可以调节狭缝宽度使亮线更细，便于与分刻板纵丝对齐，成像的质量也提升了，使得精度提高了。
2. 相对转动测量法虽然比原来多了一个环节，但却避免了反射法实验过程中出现的“只看见一边狭缝像”或“看不到狭缝像”的这个一直无法解决问题。
3. 相对转动测量法由于需要多测一组三棱镜的转动角度，因而不确定度更大，需采取其他方式来降低不确定度。
8.2三棱镜的折射率的测量
8.2.1掠入射法与最小偏向角法的比较[5]：
最小偏向角法的测量原理与理论依据很完善，但操作是动态过程，即在转动棱镜时出射光线的位置在变动。只有当入射光线停止沿原来方向移动，继而反方向移动的某一时刻对应的位置才是最小偏向角的位置。学生在操作时很难精确把握到这一位置，因此会引起人为操作误差，增加测量误差因素。并且，手感因人而异，误差差异也会很大。另外，平行入射光束的宽度与垂直度也会影响测量误差。
掠入射法测量原理在理论上也毫无瑕疵，但操作时存在假像，即当光源在图六中位置附近时，在AC面某一角度用望远镜观察，看到的是中间为一亮带的明暗交替视场，且明暗场间有清晰的分界线；当光源由图中位置向AB面法线方向移动时，望远镜视场中的两条明暗场分界线亦均发生相应移动，并且视场的中间亮带逐渐变宽，而当光源由图中位置向BC边延长线方向移动时，望远镜视场中的明暗交替视场亮区逐渐变窄，两分界线亦均向同一方向移动，但其中一条移动到一定位置后不再变动。原因是学生实验时所采用的扩展光源是在带罩的钠光灯出射窗口上加一毛玻璃片而形成的，射进棱镜的入射角度具有一定的范围(<<)，因此在AC出射面可看到入射角满足<<的入射光线产生的各种方向的出射光形成一个亮区；>的入射光线被毛面BC面挡住不能进入棱镜而在出射面形成暗区；<的区域由于没有光线进入棱镜，在出射面相应的区域形成暗区。结果望远镜中出现的视场如图14所示，为一亮柱，存在着两条明暗分界线。这一假像存在，会影响操作者的判断，导致测量错误。

图14
8.2.2对于最小偏向角法的改进：
由于在实验过程中需要找到最小偏向角，即入射光线的反向折回点的位置，而由于人眼的判断不准确所以很难找准位置，由此带来的误差比较大。因此我们想通过提高寻找的准确度来减小实验误差。我们通过设想，认为依靠光敏电阻来指示光线的最远偏离距离来表示最远的折返点。由于望远镜的目镜比较小，我们可以在目镜镜片上安装光敏电阻片，通过转动望远镜同时观察光敏电阻的阻值来确定什么时候为最小偏向角，但是由于需要多个光敏电阻会遮挡住我们肉眼观察光线的位置，所我们还设想利用感光胶片来确定位置。当光线照射到感光物质上时，感光物质会发生反应进而被我们观察到，但是没有光线照射的地方不会反应，由此来确定折返点的位置。但是由于实验需要多次测量，感光胶片就需要没测量一次换一次新的，比较浪费。这只是一个思路，仍然需要改进，但是原理上完全可行。
九、实验感想
1071是我们的第一个实验，在实验过程中出现了很多问题，因此我们决定写关于本实验的研究性报告。在完成研究性报告的过程中，我更多的收获了严谨、细致与规范。我想这大概就是这项课程内容设置的初衷吧。在此我们来分享我们的感悟和收获：
a) 在实验中培养了发现问题解决问题的能力：在实验中，我们正是发现反射法的缺点我们才想到改进实验方案来解决实际问题，锻炼了我们思考问题的能力，这种能力是我们在今后的学习生活中不可或缺的。我们也是在不断发现问题解决问题中进步的。如果老师都帮助我们铺好道路，那于我们是毫无意义的，这才是实验的真正目的。
b) 锻炼了我们认真做事，细致有耐心的品质：像71这种实验极其需要我们的耐心与细致，因为一旦着急和马虎就找不到实验现象。而耐心与细心都是我们未来研究的基础，就如行军打仗一样，细心耐心就是粮草，没有粮草无论是多么优秀的军队都是打不了胜仗的！
c) 研究性实验引领我们探索，帮助我们学习课本之外的知识。在撰写报告的过程中，我们查阅了很多文献并学习其他理论和知识。在这个过程中，我们收获了很多书本上没有的知识，就比如对于感光物质，我们发现其对于光照射的反应，我们将其用于本实验改进。因此我们非常喜欢这种学习方式，不拘泥于课本才是大学相比于高中和中学的不同之处！
参考文献：
[1]陈霞.计晶晶.陆改玲.罗利霞.周澐 分光计的快速调节方法探讨[期刊论文]-物理通报 2015(2)
[2]圣宗强.李成龙.SHENG Zong-qiang.LI Cheng-long 反射法和自准法测三棱镜顶角的比较[期刊论文]-大学物理实验 2014(5)
[3]刘红霞.三棱镜放置位置对顶角测量的影响[J].纺织高校基础科学学报,1992,(第1期)
[4]张礼 分光计测三棱镜顶角的相对转动测量法[期刊论文]-中国科教创新导刊 2009(28)
[5]单永明.牛连平 棱镜折射率测量方法的比较及改进[期刊论文]-科技资讯 2010(4)
原始数据：

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