分光计的调整与使用2.doc

分光计的调整与使用分光计是物理实验中常用的光学仪器之一，它是在光的反射、折射、干涉和偏振等各项实验中测量角度的精密光学仪器，用它可以测量折射率、色散率、光的波长等等。分光计的基本部件和调节原理与其他较复杂的光学仪器如摄谱仪、单色仪有很多相似之处。因此，学习和使用分光计可以为今后使用更为精密的光学仪器打下基础。本实验通过三棱镜折射率的测定，学习分光计的调整与使用方法。玻璃折射率的测定有很多方法，其中在分光计上采用最小偏向角法、多顶角法及极限出射角法测量，可达到较高的精度。本实验介绍用最小偏向角法测棱镜折射率的方法。一、实验目的1. 了解分光计的构造，学习分光计的调整和使用方法。2. 学会测定三棱镜折射率的方法。二、实验仪器JJ Y型分光计、钠光灯、三棱镜。三、实验原理如图4-14-1所示，三角形ABC是三棱镜的截面，AB、AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角称为三棱镜的顶角。BC是毛玻璃面，称为三棱镜的底面。假设有一单色光线沿P方向入射到棱镜AB面上，经过两次折射后在AC面沿方向射出，P方向与方向的夹角称为偏向角。 图4-14-1 棱镜的折射 由图4-14-1中的几何关系可得 （4-14-1） (4-14-2)所以 (4-14-3) 对给定的棱镜来说是不变的，而则随人射角i1 的改变而变化。当i1变化到某一值时，有一极小值，称为最小偏向角min。通过求极值的方法，可得出极小值的条件是 （4-14-4）代入式（4-14-1）、（4-14-2）和式（4-14-3）得 （4-14-5）设棱镜的折射率为n，由折射定律可得： （4-14-6）由此可见，只要测出棱镜的顶角和最小偏向角min，便可按上式算出棱镜的折射率n。四、实验步骤1. 调节分光计 分光计的调节方法见第二章。 2. 测量三棱镜的顶角(1) 将三棱镜放在载物平台上，其放法如图4-14-2所示，使三棱镜的毛面BC垂直于载物台上面的线段OB3，目的是在调节中尽可能减少相互影响。图4-14-2 棱镜放法示意图 图4-14-3 顶角测量示意图(2) 使棱镜两光学面分别与望远镜光轴垂直，转动望远镜，使望远镜对准三棱镜的一个光学面AB，从望远镜中可看到绿色亮十字像。调节载物台螺钉B1，使绿色亮十字像处于十字叉丝的上交点（注意望远镜已调好，不能再调动望远镜光轴高低调节螺钉）。转动望远镜使望远镜对准棱镜另一光学面AC，再调平台螺钉B2，使绿色亮十字像处于十字叉丝的上交点。反复调整，直至无论望远镜对准AB或AC面，绿色亮十字像都处于黑色十字叉丝的上交点。(3) 读数。上述步骤完成时（望远镜光轴分别垂直AB面和AC面）, 使望远镜光轴垂直AB面，绿色亮十字像处于黑色十字叉丝的上交点，从左右刻度圆盘读数分别为、，则顶角3. 测量最小偏向角(1) 用钠光灯照亮平行光管的狭缝，转动载物台使平行光管出来的光入射到棱镜的AC面,如图4-14-4所示。(2) 用眼睛在折射方向找到狭缝的像，然后从望远镜中观察此像，并边轻轻转动载物台边观察，便可看到狭键的像沿一个方向移动。当载物台转到某一个位置时，狭键的像将向反方向移动，这个反方向移动的转折位置就是最小偏向角的位置。（3）读数。找出最小偏向角的位置后，调节望远镜微调螺钉19使望远镜中的黑十字叉丝的竖线与狭缝像重合，从左右两个读数刻度圆盘读数；转动望远镜，使望远镜直接对准平行光管入射光，望远镜中的黑十字叉丝的竖线与狭缝像重合，再从左右两个 图4-14-4 最小偏向角的测量示意图读数刻度圆盘读数，这样，最小偏向角为 每个测量都要求重复3次。五、数据记录与处理 将测出的顶角及最小偏向角min代入式（4-14-6）算出棱镜的折射率n，按误差理论计算出n的标准差，最后写出测量结果。测量数据表4-14-1、4-14-2如下所示：表4-14-1