实验练习-- 用分光计测三棱镜的顶角

实验练习一 用分光计测三棱镜的顶角

【实验目的】

1、了解分光计的结构及其基本原理；

2、学习分光计的调节方法；

3、用自准直法或反射法测三棱镜的顶角。

【实验仪器】JJY 型分光计，汞灯或钠灯，平面反射镜，三棱镜

【实验原理】

玻璃三棱镜是光学基本元件如图1-1所示。AB 和AC 是两个透光的光学表面，称为“折射面”，其夹角a 称为三棱镜的顶角；BC 面一般为毛玻璃面，称为“三棱镜的底面”。

图11-1-1 玻璃三棱镜 图11-1-2 自准直法测三棱镜顶角

1、自准直法测量三棱镜的顶角

图1-2所示为自准直法测量三棱镜顶角的示意图。将三棱镜放到分光计载物台上，三棱镜放置方法如图1-3（a ）所示。望远镜照明小灯发出的光线垂直入射于三棱镜AB 面而沿原路反射回来，记下此时光线入射方位1T (）、21θθ两角度值；然后转动望远镜使光线垂直入射于AC 面，记下沿原路反射回来的方位2T (43θθ、)两角度值，则望远镜转角ϕ，三棱镜顶角a 分别为

()21314212T T ϕθθθθ=-=

-+- ()0314211802a θθθθ=--+-（11-1-1）

图 11-1-3（a ） 图 11-1-3（b ）

2、反射法测三棱镜的顶角

将三棱镜放置在载物台上并离平行光管远些，转动载物台，使三棱镜顶角对准平行光管，让平行光管射出的光束照在三棱镜两个折射面上（见图1-4（b ））。将望远镜转至I 处观测反射光，调节望远镜微调螺丝使望远镜竖直叉丝对准狭缝像中心线。再分别从两个游标（设左游标为A ，右游标为B ）读出反射光的方位角21θθ、；然后将望远镜转至Ⅱ处观测反射光，相同方法读出反射光的方位角43θθ、。由图1-4(a)光路图可以证明得到：

1T (21θθ、)）、21θϑ b c

）、212(θθT

21∠+∠+∠=A ϕ

21∠+∠=∠A

图11-1-4（a ） 反射法光路图

()31

42124

a ϕ

θ

θθθ==-+- （11-1-2） 【实验内容及要求】

1、分光计的调节

1）目测粗调（调节内容见前述）；2）调望远镜的焦距（调节方法见前述）；

3）调节望远镜光轴和载物台平面与分光计中心轴相垂直（调节方法见前述）；

4）调整平行光管，使之能发出平行光，并使其光轴与分光计中心轴相垂直（调节方法见前述）。

2、用自准直法测三棱镜的顶角

1）点亮望远镜照明灯并正对三棱镜AC 反射面，使反射小十字像与望远镜分划板上十字叉丝重合，若偏高或偏低，可调载物台下螺钉b,再使望远镜正对三棱镜AB 反射面，若反射小十字像偏高或偏低，只调载物台下螺钉c ，使小十字像与分划板上十字叉丝重合。

2）记下望远镜两位置四个角度值（21θθ、）和（43θθ、），重复测量五次，列表记录数据，计算顶角的平均值和不确定度。

3、用反射法测三棱镜的顶角

1)开启汞灯或钠灯照亮平行光管狭缝,三棱镜顶角对准平行光管，使望远镜从三棱镜AB 面找到狭缝像并对准分划板垂线，记下望远镜两角度值（21θθ、），再将望远镜转到AC 面，使狭缝像对准分划板垂线，记下此时望远镜两角度值（43θθ、），重复测量五次，列表记录数据。

2）根据计算式计算顶角平均值和不确定度。

附顶角不确定度计算公式如下：

)1()(51--=∑=n n a a u i i A 仪∆=31

B u 2

2B A a u u u +=