测量三棱镜最小偏向角的规范方法探索

测量三棱镜最小偏向角的规范方法探索

摘要:文章详细阐述了在物理实验教学实践中总结出的快速测量三棱镜最小偏向角的规范方法,极大地提高了物理实验课的效率和教学质量。

关键词:分光计三棱镜最小偏向角

1 引言

使用分光计测量三棱镜折射率的实验是大学物理中的一个重要实验。快速而准确的寻找三棱镜最小偏向角是该实验能否顺利完成的关键。一般的实验方法是先旋转载物台(注:指游标盘连同载物台一起转动)至准直管与AB面有一定夹角的位置(如图1所示),然后再用望远镜跟踪AC面出射光线来寻找最小偏向角[1]。很多实验教材在操作步骤上叙述得过于简略,使得该方法缺少系统性而具有很大的盲目性,往往造成实验者费了很大的力而根本无法找到最小偏向角的位置,有的甚至观察不到出射光线,极大地挫伤了实验者的自信心。改进后的方法从一开始就为实验者制订了一个系统的操作规范和明确的操作步骤,实验者按此操作可以快速而准确地测量最小偏向角。

2 实验改进措施

具体方法如下。

(1)分光计调节

将分光计调节至理想实验状态[2,3](此处不赘述)。

(2)测量前准备工作

旋松望远镜止动螺钉,旋紧望远镜度盘固联螺钉,使望远镜与度盘保持同步转动,同时旋松游标盘止动螺钉使游标盘能自由转动。注意以上旋松要适度,使望远镜(连同度盘)和游标盘保持各自转动时互不影响(即自身转动时不带动对方一起转动,目测基本不动即可)。旋紧载物台锁紧螺钉,将三棱镜放到载物台上。在整个实验过程中,望远镜度盘固联螺钉和载物台锁紧螺钉保持旋紧,游标盘止动螺钉保持旋松,不再做调整。

(3)观察光谱线

将三棱镜放到载物台上,使准直管入射光与AB面几成掠射(即入射角i接近90°)。此时可以先用眼睛沿棱镜出射光方向寻找棱镜折射后的狭缝像,找到后再将望远镜移到眼睛所在方位,此时在望远镜能够中就能看到钠谱线。然后用手指按住游标盘边缘缓缓转动游标盘,使入射角i逐渐减小,同时观察望远镜视场中钠谱线的移动。

(4)寻找最小偏向角

稍稍转动游标盘,以改变入射角,观察钠谱线往偏向角增大还是减小的方向移动。慢慢转动游标盘,使钠谱线朝偏向角减小的方向移动,并要转动望远镜跟踪钠谱线,使钠谱线始终处于望远镜视场范围之内

(如图2所示,实线为钠谱线),直到载物台沿着同方向转动时,该谱线不再向前移动却向相反的方向移动(即偏向角反而变大为止)。这个钠谱线反向移动的转折位置就是棱镜对钠谱线的最小偏向角位置(图2中虚线位置)。

(5)测量出射光的方位(出射光的角坐标)

转动望远镜使分划板中心竖直十字叉丝对准这一最小偏向角位置(对准钠谱线折返位置,大致对准即可),然后旋紧望远镜止动螺钉。随后用双手手指按住游标盘边缘缓缓转动游标盘,可来回转动游标盘,并配合调节望远镜微调螺钉使竖直十字叉丝准确对准折返位置钠谱线的中心,最后转动游标盘使分划板中心十字叉丝对准钠谱线(如图3所示),记下游标1和游标2的读数(出射光的角坐标)。

(6)测量入射光的方位(入射光的角坐标)

移去三棱镜,转动望远镜对准平行光管,使分划板中心十字叉丝对准平行光管的狭缝像,即图1中(2)的位置,记下游标1和游标2的读数(入射光角坐标)。如此反复测量6次,记录实验数据并代入下面公式[4]计算最小偏向角。

参考文献

[1] 杨述武.普通物理实验[M]..北京:高等教育出版社.2000:57-63

[2] 王小怀.分光计调节和使用中的困难及解决措施[J].实验室研究与探索,2007,26(2):35-37.

[3] 罗乐,王刚志.调整分光计的探讨[J].实验室研究与探索,2000,19(2):107-108.

[4] 熊永红.大学物理实验[M].武汉:华中科技大学出版社.2004:192-200.