用分光计测棱镜玻璃的折射率

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课

题 用分光计测棱镜玻璃的折射率

教

学 目

的 1、使学生了解分光计的结构和原理，学会调节和使用分光计的方法。

2

、使学生掌握测量棱镜顶角和最小偏向角的方法。

3

、用最小偏向角法计算棱镜玻璃的折射率。

重

难

占

八

1、分光计的调节

2

、最小偏向角的测量

教

学 方

法 讲授、讨论、实验演示相结合 学

时 4个学时

、前言

分光计是一种精确测量光线偏转角度的光学仪器，常用来测量广波的波长、棱镜 的色散率等。分光计比较精密，调整部件较多，是一种具有代表性的基本光学仪器， 熟练掌握分光计的调整和使用，对一般光学仪器具有普遍的参考和指导作用。

折射率是介质材料光学性质的重要参量， 测量的方法也很多，本实验通过测量三 棱镜的顶角和最小偏向角来求出棱镜玻璃的折射率。 二、 实验仪器

JJY 型分光计，6.3V/220V 变压器，手持照明放大镜，双面镜、三棱镜、低压汞 灯及电源。

三、 实验原理

三棱镜是分光仪器中的色散元件，其主截面是等腰三 角形，如图1所示，光线以入射角i 1投射到棱镜AB 面 上，经棱镜两次折射后，以i 2角从AC 面射出，出射光 线与入射光线的夹角称为偏向角。的大小随入射角 i l 而改变。可以证明，当i l i 2时，偏向角为极小值 min

称为棱镜的最小偏向角。它与棱镜的顶角 A 和折射率n 之间有如下关系:

sinA

sin A

min

图1光线在三棱镜中的折射

四、实验内容及步骤

1调节分光计

(1)调节的要求

分光计的调节要达到“三垂直”的几何要求和“三聚焦”的物理要求。“三垂直”是

指载物台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。“三聚焦”是指叉丝对目镜聚焦，即在目镜中能看到清晰的叉丝的像；望远镜对无穷远聚焦即平面镜返回清晰的绿十字的像；狭缝对平行光管物镜聚焦，即在望远镜中看到清晰的狭缝像。

(2)调节的步骤

①参照图2,简要的介绍分光计的基本构造以及各部件的功能和调节方法。

③调叉丝对目镜聚焦。打开电源，让照明小灯照亮望远镜视场。旋转目镜同时眼睛从目镜中观察，直

②目测粗调“三垂直”

至看到叉丝变清晰，此时叉丝正好位于目镜的焦平面

上。

④调望远镜对无穷远聚焦。

⑤调望远镜的主光轴与分光计主轴垂直。

⑥调载物台平面与分光计主轴垂直。

⑦狭缝对平行光管的物镜聚焦。

⑧调平行光管主光轴与分光计主轴垂直。

2、调节三棱镜的两个光学面平行于分光计主轴

将三棱镜放置于载物台上，使其每一个角对准一个调平

螺钉，并使其非光学面对准平行光管。采用“二分

法”反复调节，直至AB、AC两面返回的绿十字像与调节用的叉丝重合，此时棱镜的两光学面就平行于分光计主轴。

3、用自准法测三棱镜的顶角。

4、测量三棱镜的最小偏向角min。

五、数据表格及数据处理

入射光波长：546.1nm 分光计分度值：1

③ 求U n

U n ^csc^tHsin^^csc^rU A 2 COS 2 — U 2 i 0.00021

实验结果计算

(1) 三棱镜的顶角A 600 (2) 最小偏向角一min 38°49

(3)棱镜玻璃的折射率

n sin 1 (

2

_ A 1

min

A)/sin — sin — (38049‘

60°)/sin 30°

2 2

n 1.5187

(4)不确定度的计算

①求U A

三棱镜的顶角直接取

60°

因此只要取A 的B 类不确定度分量，所以

U A U B 1 yi ；

0.00017rad

②求U . min

U A

S i

min

5

一 2 '

(min (i ) min ) /(5 4)

0.45 0.00013Tad

i 1

U B X 0.00017rad

U 亠 "U A 2 U B 2 0.000214rad

min

n 2 2”、 2 2* 2 min

④结果表达式

n n U n1.5187 0.0003

六、注意事项

1、在实验中，拿放光学器件时，要轻拿轻放，注意不要用手接触光学面。

2、在转动望远镜时，不要直接转镜筒，而是转动望远镜下面的支架。

3、在测量偏转角度时，一定要固定度盘和望远镜，让它们仪器转动。

七、教学后记

1、本实验操作步骤很多，操作难度较大，一定要注意边讲解边演示。

2由于实验步骤太多，一般采取分步讲解，讲解完一个大的步骤以后，马上要求学生操作，培养学生的动手能力。

3、实验报告填写时，要强调测量结果的标准化表达、不确定度的计算以及课后思考题。