三棱镜折射率与入射光波长关系的研究

1、三棱镜折射率与入射光波长关系的研究1、 实验要求 已知棱镜顶角，用什么方法测量它的折射率？作出折射率波长关系曲线。二、实验目的1、用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率；2、探究折射率与入射波长的关系。三、实验仪器分光计 、 光源（汞灯）、 三棱镜 、平面镜四、实验原理三棱镜如图02-16所示，AB和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为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。1、 最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率如图所示，假设有一束单色平行光LD入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射光线LD与出射光线ER间的夹角称为偏向角. 转动三棱镜，改变入射光对光学面AC的入射角，

2、出射光线的方向ER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，此位置时偏向角达到最小值，称为最小偏向角.可以证明棱镜材料的折射率与顶角及最小偏向角的关系式为： 利用三棱镜的顶角=60及测出最小偏向角，即可由上式算出棱镜材料的折射率n。实验中汞灯发出的是由波长为671（橙光）、546（绿）、435（蓝）、404(蓝紫）组成的复色光。测出各波长色光通过三棱镜的最小偏向角，进而可求出各波长色光通过三棱镜的折射率n。5、 实验内容与步骤 分光计的调节：分光计由五部分组成：三脚架座、望远镜、载物平台、平

3、行光管和游标盘.其结构见图02-21和图02-22图02-211.平行光管2. 载物台3.刻度盘 4. 望远镜5. 狭缝宽度调节旋钮6. 望远镜目镜锁紧螺钉7. 目镜视度调节手轮8. 望远镜目镜体前后移动手轮9. 望远镜水平调节螺钉10. 载物台锁紧螺钉11. 狭缝体锁紧螺钉 12. 狭缝体系统前后移动手轮13. 游标盘微调螺钉14. 平行光管水平调节螺钉15. 望远镜止动螺钉16. 望远镜光轴高低调节螺钉 17. 小棱镜照明系统18. 刻度盘微调螺钉19. 刻度盘止动螺钉20. 游标盘调平螺钉 21. 游标盘止动螺钉22. 平行光管轴高低调节螺钉 分光计读数系统由主刻度盘（刻度范围0-360

4、度，分度值0.5度）与游标盘（游标读数示值1分）组成.图02-221. 目镜调焦 其目的是使眼睛通过目镜能清楚的看到目镜中分划板上的黑准线（又称叉丝）.方法是旋转“目镜调焦手轮”，直至看清分划板上的叉丝.如发现准线倾斜，可松开“目镜紧锁螺钉”，旋转目镜使准线准直.2. 用自准直法调整望远镜 图02-22 图02-231）首先是望远镜调焦，即将亮绿色的“十”字像，调焦到物镜的焦平面上，如图02-22，即为望远镜对无穷远调焦了.其次是调整望远镜的光轴垂直于旋转主轴.先粗调，用眼睛直接观察，通过调节“载物台调平螺钉”（三只中的两只）使载物台水平.用眼睛直接观察，通过调节“望远镜主轴高低调节螺钉”，使

5、望远镜主轴水平.然后进行细调，在载物台的中央放上“光学平行平板双面反射镜”，放法呈三个螺钉的中垂线,如图02-23.接通望远镜上的照明灯6.3 V电源，从目镜中观察，可见一亮绿斑，通过前后移动目镜，使亮斑成清晰的亮绿色“十”字像，即完成了望远镜调焦. 2）望远镜光轴垂直旋转主轴的调整方法：把游标盘连同载物台及反射镜旋转180度观察，如没有见到亮“十”字像，可调节“载物台调平螺钉中垂直反射镜的两个及”望远镜主轴高低螺钉，直到反射镜的两个面分别反射回来的亮“十”字像都能看见为止，如果亮“十”字像不在分划板上方的十字线交点处，采用各半（1/2）调节逐次逼近的方法，调节载物台螺钉使位移量减少一半，调节

6、主轴高低螺钉使位移量h再减少一半，即观察到亮“十”字像与分划板准线上方的十字线交点重合，如图13-10.调节过程中，两个反射面要轮流调节，反复多次直至都重合为止. 3）消除视差：眼睛上下左右移动，发现有视差，可微微前后移动目镜，使亮“十”字像与分划板准线上方的十字线无视差的重合.说明望远镜光轴已垂直于旋转主轴.然后拧紧“目镜锁紧螺钉”.这样望远镜光轴高低调节螺钉和载物台调平螺钉不能再任意动了，否则就要重新调整.图02-244）载物台调平：将“平行平板双面反射镜”按三螺钉中垂线放好，如图02-24，旋转游标盘连同载物台及反射镜，使反射面垂直望远镜光轴，观察亮“十”字像，只能调节载物台螺钉，使“十

7、”字像与分划板准线上方的十字线交点重合，关闭望远镜照明灯.3.平行光管的调整(1)把狭缝调到物镜的焦平面上，即为平行光管对无穷远调焦.(2)调平行光管的光轴垂直于旋转主轴.图02-25方法是先粗调，用眼睛直接观察，通过调节“平行光管光轴高低调节螺钉”，使平行光管水平.然后细调，以调好的望远镜为基础.打开实验用光源，在望远镜中观察狭缝，如狭缝不清晰，松开“狭缝装置锁紧螺钉”，前后移动狭缝机构，使狭缝边缘清晰地成像在望远镜的分划板平面上，即完成了平行光管的调焦.如狭缝倾斜，可旋转狭缝机构，使狭缝像与目镜分划板的垂直准线重合，并拧紧紧固螺钉.在望远镜中观察，通过调整“平行光管光轴高低调节螺钉”，使狭

8、缝像在视场的中心对称（即位于分划板的中间），即完成了平行光管的主轴垂直于旋转主轴.在望远镜中观察，狭缝像约1mm宽，通过调节“狭缝宽度调节手轮”达到，此手轮不能随便乱拧，以免伤害狭缝刀口.6、 测量在正式测量之前，请先弄清你所使用的分光计中下列各螺丝的位置：控制望远镜（连同刻度盘）转动的制动螺钉；控制望远镜微动的螺钉。 三棱镜折射率的测定 分别放松游标盘和望远镜的制动螺丝，转动游标盘（连同三棱镜）使平行光射入三棱镜的AC面，转动望远镜在AB面处寻找平行光管中狭缝各色光的像.然后向一个方向缓慢地转动游标盘（连同三棱镜）在望远镜中观察狭缝像的移动情况，当随着游标盘转动而向某个方向移动的狭缝像，正要

9、开始向相反方向移动时，固定游标盘.轻轻地转动望远镜，使分划板上竖直线与狭缝像对准，记下两游标指示的读数，记为T5、T5；然后取下三棱镜，转动望远镜使它直接对准平行光管，并使分划板上竖直线与狭缝像对准，记下对称的两游标指示的读数，记为T6、T6，可得重复测量三五次求平均.用上式求出棱镜的折射。重复上述依次求出个色光折射率完成下表。 光频率（）T5T6紫光（404.7）344471642321933392312514 1.1326蓝光（435.8）3455116553219203923126301.1208绿光（546.1）3480116802219213922128401.1099黄光（578）3481516816219213924128521.1081七、数据处理作出折射率与入射光波长关系曲线图，分析出三棱镜折射率与入射光波长关系。八、实验可行性 综上所述原理符合物理学原理，实验室仪器满足数据测量需要，数据处理和误差计算方案符合实验要求，实验可行。九、注意事项 1望远镜、平行光管上的镜头，三棱镜、平面镜的镜面不能用手摸、揩.如发现有尘埃时，应该用镜头纸轻轻揩擦.三棱镜、平面镜不准磕碰或跌落，以免损坏. 2分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要