分光计的调节和使用实验报告

长安大学----分光计实验报告

7系05级 孙明伟 PB05007213 06.4.9.

实验目的：着重训练分光计的调整技术和技巧，并用它来测量三棱镜

的顶角和最小偏向角，计算出三棱镜材料的折射率。

实验原理：1）分光计的调节原理。（此项在实验的步骤中，针对每一步详细说明。）

2）测折射率原理：

实验要求：调整要求：①平行光管发出平行光。当i 1＝i 2

'时，δ为最小,此时2

1A

i =

' 2

2

11

1min

A

i i i -='-=δ )(2

1

min 1A i +=

δ 设棱镜材料折射率为n ，则

2

sin sin sin 1

1A

n i n i ='=

故

2

sin

2sin

2

sin

sin min 1

A A

A i n +==

δ

由此可知，要求得棱镜材料折射率n ，必须测出其顶角Ａ和最小偏向角min δ。

②望远镜对平行光聚焦。

③望远镜，平行光管的光轴垂直一起公共轴。 ④调节动作要轻柔，锁紧螺钉锁住即可。 ⑤狭缝宽度1mm 左右为宜。

实验器材：分光计，三棱镜，水银灯光源，双面平行面镜。 实验步骤：⒈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. 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴。

（1）调整载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到

平台上，是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

回的十字象，只调节台下三螺钉，使其反射象都落在上十子线处。

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1θ和游标２的读数2θ。再转动游标盘，再使AB 面正对望远镜，记下游标１的读数1θ'和游标２的读数2θ'。同一游标两次读数误差

11θθ'-或2

2θθ'-，即是载物台转过的角度Φ，而Φ是Ａ角的补角，

Ａ＝Φ-π.

重复操作两次，记下数据。 4.测量三棱镜的最小偏向角。

（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1θ和2θ转至（2），记下读数1θ'和2θ'，

有

[]2211min 2

1

θθθθδ'-+'-=

原始数据如下：

1．顶角的测量及处理：

角度/分组

1 2 3 平均值

标准差

1θ

0°42′ 18°02′ 19°29′ 1θ' 120°44′ 138°04′ 139°30′ 2θ

180°40′ 198°00′ 199°27′ 2

θ' 300°45′

318°05′

319°31′

综上观之,显然取Φ=

[]22112

1

θθθθ'-+'-时,其在平均值两侧波动较小,取得的Φ更符合“真值”.且其标准差 ()

1

3

1

2

--=

∑=n x x i i

σ

经带入,解得: =σ28″. A 类不确定度 n

u A σ

=

≈16″.

取置信概率为0.95时,查表得: t=4.30.

因为用刻度盘及游标盘测量角度时,最大允差属于均匀分布,

所以

B 类不确定度 =B u 1′/≈335″. 且 96.1=p k

由于 A=Φ-π, 可得: =A 59°56′50″. 所以 ()()≈+==Φ22B p A A u k tu 1′37″

2．最小偏向角的测量及处理：

测量次数为一次.

[]2211min 2

θθθθδ'-+'-=

=51°19′00″ B 类不确定度 =B u 1′/≈335″. 即 δ =35″

所以，根据合成公式 1

sin i =0.0003

2

sin A =0.0002

则 n =0.0013

=A 59°56′50″ []2211min 2

1

θθθθδ'-+'-==51°19′00″

2

sin

2sin

2

sin

sin min 1

A A

A i n +==

δ=1.6520

综上 n=1.6520±0.0013 p=0.95

实验结论：通过两次实验，对分光计有了一定的了解，掌握了一定的调整技术，对数据的处理更加熟练，同时完成了物理量的测量与数据处理任务，并求出三棱镜的折射率 n=1.6520±0.0013 ，p=0.95 。