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用分光计测定三棱镜的折射率

精品资料
用分光计测定三棱镜的折射率
一、实验目的
1、              加深对分光计结构、作用及工作原理的了解，熟练掌握分光计的调节方法；
2、握测量棱镜玻璃折射率的方法，并用最小偏向角法测定三棱镜的折射率。
二、实验原理
    分光计的结构、调节方法及工作原理，我们已在其它实验中作了介绍,这里不再赘述。下面介绍最小偏向角法测棱镜玻璃的折射率。
    将待测的光学玻璃制成三棱镜，测量原理见图1。

一束单色平行光以入射角投射到棱镜面AB上，经棱镜两次折射后以角从AC面射出，成为光线，则入射光与出射光的夹角成为偏向角。其大小为：

即

因为棱镜已经给定，所以顶角A和折射率n已确定不变，所以偏向角是的函数，随入射角而变。转动三棱镜，改变入射光对光学面AB的入射角，出射光线的方向也随之改变，即偏向角发生变化。沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，偏向角在此位置达到最小值，称为最小偏向角，用表示。用微商算法可以证明，当（或）时，偏向角有最小值，此时有，，根据折射定律，三棱镜的折射率为

实验中，利用分光计测出三棱镜的顶角及最小偏向角，即可由上式算出棱镜材料的折射率n。
三、实验仪器
    JJY型1´分光计，玻璃三棱镜，水银灯，平面反射镜
四、实验内容
1、调节分光计
（1）    调节望远镜聚焦于无穷远。
（2）    调节望远镜光轴与分光计转轴垂直。
（3）    调节平行光管产生平行光。
（4）    调节平行光管光轴与分光计转轴垂直。
2、调节三棱镜并测量三棱镜顶角A   
    (1)棱镜的主截面与望远镜光轴平行，注意三棱镜在活动平台上的放置方法。
    (2)测量棱镜的顶角A。
3、测定最小偏向角
     本实验中，我们采用水银灯作为光源，在上述调好望远镜和三棱镜的基础上，测定棱镜对水银绿谱线（）的最小偏向角。
（1）用水银灯照亮平行光管的狭缝，转动游标盘（连同载物台），使待测棱镜处在如图2示的位置上。转动望远镜至棱镜出射光的方向，观察折射后的狭缝像，此时在望远镜中就能看到水银光谱线（狭缝单色像）。将望远镜对准绿谱线。

（2）慢慢转动游标盘，改变入射角，使谱线往偏向角减小的方向移动，同时转动望远镜跟踪绿谱线。当游标盘转到某一位置，绿谱线不再向前移动而开始向相反方向移动时，也就是偏向角变大，那么这个位置就是谱线移动方向的转折点,此即棱镜对该谱线的最小偏向角的位置。
  （3）将望远镜的竖直叉丝对准绿谱线，微调游标盘，使棱镜作微小转动，准确找到谱线开始反向的位置，然后固定游标盘，同时调节望远镜微调螺钉，使竖直叉丝对准绿谱线的中心，记录望远镜在此位置时的左、右游标的读数、。
（4）取下三棱镜，游标盘固定不动，将望远镜（连同刻度盘）转到入射光线的方向，让竖直叉丝对准白色狭缝像，记下相应的左、右游标的读数、。由此可以确定出最小偏向角，即

(5) 重复测几次，求的平均值。
4、计算三棱镜玻璃的折射率n
利用测得的顶角A及最小偏向角，根据公式计算棱镜玻璃的折射率n及其标准偏差。
数据记录及处理：
记录
次数
绿谱线位置
白色光位置
最小偏向角

1

2

3

平均值

五、注意事项   
1、所有光学仪器的光学面均不能用手擦拭，应该用镜头纸轻轻揩擦。三棱镜、平面镜应妥善放置，以免损坏。
    2、分光计是较精密的光学仪器，不允许在制动螺钉锁紧时强行转动望远镜或游标盘等，也不要随意拧动狭缝。
    3、在读数前务必检查分光计的几个制动螺钉是否锁紧，以防读数过程中，望远镜或游标盘转动，这样取得的数据不可靠。
    4、测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。使用微调螺钉时，应保证相应的制动螺钉在松弛状态。
    5、在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故处理数据时，应注意望远镜转动过程中是否过了刻度零点。
6、读数时，左、右游标不要弄混。 
六、思考讨论
1、何谓最小偏向角？在实验中如何确定最小偏向角的位置？
2、分光计为什么要调整为望远镜光轴与分光计转轴轴相垂直？如果两者不垂直对测量结果有何影响？
3、在已调好望远镜光轴与仪器转轴垂直后，拧活动平台下的螺钉，会不会破坏这种垂直性？
4、设计一种不测最小偏向角而能测棱镜玻璃折射率的方案（使用分光计去测）。

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