折射法测定棱镜折射率

关于折射法测定棱镜折射率第一页，共二十七页，2022年，8月28日实验目的：

熟悉分光计的构造以及调节和使用。学习确定最小偏向角的方法。学习测定棱镜折射率的方法。第二页，共二十七页，2022年，8月28日实验原理及背景知识介绍：

折射率是描述物质光学性质的物理量，折射率的大小与物质的状态有关，还与光的波长有关。对于不同的物质状态，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折射率的基本方法之一。第三页，共二十七页，2022年，8月28日实验原理及背景知识介绍：三棱镜是由折射平面组成的光学系统。具体说来，它是由两个或两个以上的不平行的折射平面围成的透明介质元件。它的主要作用是使通过它的光线的行进方向相对与原来的方向发生偏折。所以偏向角是它的主要特征量。如图1入射光线SD与出射光线ES’之间的夹角δ，称为光在三棱镜截面内的偏向角。图1棱镜折射示意图第四页，共二十七页，2022年，8月28日实验原理及背景知识介绍：对于给定顶角的三棱镜，随而变。在实验中可以观察到当变化时，有一个最小值，称为最小偏向角。这时入射光的方向和出射光的方向是关于三棱镜对称的。当偏向角达到最小值时，则三棱镜的折射率为：第五页，共二十七页，2022年，8月28日实验内容：１．调节分光计（1）把望远镜目镜分划板上的叉丝调节清晰；（2）把望远镜调节到适合观察平行光；（3）把望远镜的光轴调节到与仪器的主轴垂直；（4）把平行光管调节到能够出射平行光；（5）把平行光管的光轴调节到与望远镜共轴；（6）把狭缝调节成竖直状态且宽度适中。第六页，共二十七页，2022年，8月28日实验内容：2、测定棱镜的折射率则，棱镜的折射率为：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记录，移动望远镜对准入射光的位置并记录，即可以计算棱镜的最小偏向角：第七页，共二十七页，2022年，8月28日实验步骤：一．调节分光计。四．记录入射光的方位角二．寻找最小偏向角。三．记录最小偏向角的方位角。五．计算最小偏向角。六．计算待测棱镜的折射率。第八页，共二十七页，2022年，8月28日一、调节分光计

1．粗调（1）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。（2）调节载物台水平度调节螺丝使载物台台面大致水平。第九页，共二十七页，2022年，8月28日一、调节分光计2、调节望远镜（1）目镜调焦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，至目镜中刻线的清晰度将被破坏而未被破坏时为止（如图3）。

遮光窗图3目镜分划板第十页，共二十七页，2022年，8月28日一、调节分光计2、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

a、

接上电源，将分划板照亮。

b、将双面反射镜放在载物台上（如图4）。

c、调节望远镜府仰角螺钉，寻找经过平面镜反射回来的的绿十字，并前后移动目镜装置对望远镜调焦，使绿十字叉丝成像清晰（如图5）。图4双面反射镜的放置图5双面反射镜反射回来的绿十字第十一页，共二十七页，2022年，8月28日一、调节分光计2、调节望远镜（3）应用各半调节法调节望远镜的光轴与仪器的主轴垂直。

a、望远镜内出现清晰的绿十字叉丝像，而与分划板上方的十字刻度线有一定的高度差

h（图6a）。

b、调节望远镜光轴仰角调节螺丝，使高度差 

h 减小一半（图6b）。

c、再调节载物台调平螺丝b 或c，使高度差全部消除（图6c）。

图6各半调节法示意图第十二页，共二十七页，2022年，8月28日一、调节分光计d、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

6(c)所示。e、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6(c)所示。第十三页，共二十七页，2022年，8月28日一、调节分光计3、调节平行光管（1）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7所示。图7平行光管出射平行光第十四页，共二十七页，2022年，8月28日一、调节分光计3、调节平行光管（2）调节平行光管，使其与望远镜共轴旋转狭缝90o，使其与目镜分划板水平刻线平行，调节平行光管水平调节螺钉，使狭缝与目镜视场中心的水平刻线重合，如图8所示。图8平行光管与望远镜共轴示意图第十五页，共二十七页，2022年，8月28日一、调节分光计3、调节平行光管（3）调节缝宽适中（0.5mm左右）旋转狭缝90o，使其与目镜分划板竖直刻线平行，调节狭缝宽度调节手轮，使狭缝宽度适中，如图9所示。图9狭缝宽度调节示意图第十六页，共二十七页，2022年，8月28日二、寻找最小偏向角1、按照棱镜折射光路图放置好三棱镜：图棱镜折射光路图，BC为三棱镜的底面δ为折射光线的偏向角第十七页，共二十七页，2022年，8月28日二、寻找最小偏向角2、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。

第十八页，共二十七页，2022年，8月28日二、寻找最小偏向角3、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，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，直至看到谱线移至某一位置后将反向移动，即为最小偏向角的位置。第十九页，共二十七页，2022年，8月28日三、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准该绿色谱线中央，从游标“1”和游标“2”读出该折射光线的角度。第二十页，共二十七页，2022年，8月28日四、测定入射光方向

移动望远镜支架，将望远镜对准平行光管，微调望远镜，将狭缝像准确地位于分划板的中央竖直刻度线上，从两游标读出入射光线的角度  ，重复测量8次。

第二十一页，共二十七页，2022年，8月28日五、计算最小偏向角根据最小偏向角的方向，以及入射光的方向，即可计算最小偏向角：第二十二页，共二十七页，2022年，8月28日六、计算待测棱镜的折射率n对于已知顶角的三棱镜，测量出某种谱线的最小偏向角，即可计算该待测棱镜对这种谱线的折射率为：第二十三页，共二十七页，2022年，8月28日实验完成当实验完成，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、核对完该同学的仪器状态与数据无误并签字后，填写好仪器使用登记表，整理好仪器，并收回椅子，方可离开实验室第二十四页，共二十七页，2022年，8月28日思考题：三棱镜的折射率与哪些物理量有关？什么情况下会产生最小偏向角，对应的实验现象？根据实验现象判断，折射率和光波长的关系如何？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？