分光计实验报告()

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分光计实验报告

【实验目的】

1、 了解分光计的结构和工作原理

2、 掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。

3、 学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率

【实验仪器】

分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。

【实验原理】

1、调整分光计： (1) 调整望远镜：

a 目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。

b 调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。

c 调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心，平面镜旋 转180 °后，另一镜面的反

射象仍落在原处。

(2) 调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将

出射平行光。

2、三棱镜最小偏向角原理

介质的折

射率可以用很多方法测定，在分光计上 用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可以达到较高的 精度。这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。如 果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中 间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进 行测量。

当平行的单色光，入射到三棱镜的AB 面，经折射 后由另一面

AC 射出，如图7.1.2-8所示。入射光线LD 和AB 面法线的夹角i 称

为入射角，出射光 ER 和AC 面法线的夹角i'称为出射角，入射光和出

射光的夹角 3称为偏向角。

可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角

i o 等于出射角i o'时，入射光和出射光之间的夹

角最小，称为最小偏向角 3 min 。由图7.1.2-8可知：

3 = (i-r ) + (i -r ')

(6-2)

A=r+r

E 7 1.2-8三檢谨向

角氛理图

(6-3)

可得:

3= (i+ i ) -A (6-4)

.................. ........ ...... A 咖厂彳 .......................................

三棱镜顶角A 是固定的，3随i 和i 而变化，此外出射角i 也随入射角i 而变化，所以偏向角

3仅是i 的函数•在实验中可观察到，当 i 变化时，3有一极小值，称为最小偏向角.

tgr tgr'

因为r 和r '都小于90°,所以有r =r '代入式（5）可得i =i'。 因此，偏向角3取极小值极值的条件为：

r =r '或

i =i' （6-8）

显然，这时单色光线对称通过三棱镜，最小偏向角为

3 min ，这时由式（6-

4 ）可得：

3 min =2i A

A

r 2

由折射定律式（6-6）,可得三棱镜对该单色光的折射率

A 和对该波长的入射光的最小偏向角 3 min ,就可以计

顶角A 和对该波长的最小偏向角 3 min 用分光计测定。

折射率是光波波长的函数，对棱镜来说，随着波长的增大，折射率 n 则减少，如果是复色光入射,

由于三棱镜的作用， 入射光中不同颜色的光射出时将沿不同的方向传播，

这就是棱镜的色散现象。

【实验内容】

令—0,由式（6-4）得 di

再利用式（6-3）和折射定律

di'

dT

sini nsinr. sini' n si nr' 得到

di' di' dr' dr n cosr' 八 cosi

di

dr' dr di

(1)

cosi'

ncosr

cosr' 、1

2・2

n sin r

esc 2 r n 2tg 2r cosr . 1 2・2.

n sin r' .csc 2 r' n 2tg 2r'

.1 (1 2 2 n )tg r

1 (1

2 2

n )tg r'

(6-5)

(6-6)

(6-7)

由式(6-5)可得：1 (1

n 2)tg 2r

1 (1 n 2)tg 2r'

由式（6-3）可得:

A=2r

A)

sini

n sin r

sin-(

2_

.A sin

2

min A)

(6-9)

由式（6-9）可知，只要测出三棱镜顶角 算出三棱镜玻璃对该波长的入射光的折射率。

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1、 调节分光计（调整方法见原理部分） 2. 调节三棱镜

使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴，三棱镜光学侧面也是一个光的反射平面。

（1） 调整载物台的上下台面大致平行，将棱镜 放到平台上，使镜三边与台下三螺钉的连线所成 三边互相垂直。

（2） 接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的 光，转动载物台，在望远镜中观察从侧面 AC 和

AB 返回的十字像，只调节台下三螺钉，使其反 射像都落在上

十子线处。

3.

测量顶角A :转动游标盘，使棱

镜AC 正对望远镜记下游标1的读数

1

和游标2的读数 2。再

转动游标盘，再使 AB 面正对望远镜，记下游标1的读数

重复操作两次，记下数据。

4.

测量三棱镜的最小偏向角。 （具体原理看实验原理）

（1） 平行光管狭缝对准前方水银灯。

（2） 把载物台及望远镜转至（1 ）处，找出水银灯光谱。

（3） 转动载物台，使谱线往偏向角减小的方向移动，望远镜跟踪谱线运动，直到谱线开始逆转为 止，固定载物台。谱线对准分划板。

（4）记下读数1和

2

转至（2）,记下读数1和2，有

求出棱镜材料的折射率

5、注意事项

① 转动载物台，都是指转动游标盘带动载物台一起转动。

② 狭缝宽度1mm 左右为宜，宽了测量误差大，太窄光通量小。狭缝易损坏，尽量少调。调节时要

min

n

(5)根据

sin i 1

.A sin 2

. min

sin

2 .A sin

2

以及所得数据

需■小1ft 向角方

it

1

和游标2的读数 2。同一游标两次读

数误差1

1

或2

2

，即是载物台转过的角度

，而是A 角的补角,

7.1,2-10测幔施施曲A