实验七 最小偏向角法测棱镜的折射率

实验七最小偏向角法测棱镜得折射率

实验目得:

(1) 了解分光计得结构、作用与工作原理;

(２) 掌握分光计得调节要求与调节方法;

(3) 在分光计上用最小偏向角法测定三棱镜得折射率.

实验仪器:

分光计,玻璃三棱镜,平面反射镜,钠光灯源、

实验原理:

将待测得光学玻璃制成三棱镜,可用最小偏向角法测其折射率n、测量原理见图１,光线α代表一束单色平行光,以入射角i１投射到棱镜得ＡＢ面上,经棱镜两次折射后以i4角从另一面ＡＣ射出来,成为光线t 、经棱镜两次折射,光线传播方向总得变化可用入射光线α与出射光线t延长线得夹角δ来表示,δ称为偏向角、由图1可知δ=(i1－i2)+(i4-i3)=i１+i4－A。此式表明,对于给定棱镜,其顶角A与折射率n已定,则偏向角δ随入射角ｉ１而变,δ就是i1得函数。

用微商计算可以证明,当i1＝i4或

i2=ｉ３时,即入射光线a与出射光线t对

称地“站在”棱镜两旁时,偏向角有最

小值,称为最小偏向角,用δm表示、

此时,有i２=A/2, i1=(A+δm)/2,

故

用分光计测出棱镜得顶角Ａ与最小偏

向角δm ,由上式可求得棱镜得折射率ｎ、图 1

实验装置:分光计就是用来准确测量角度得仪器

一、分光计得结构

利用分光计测量光线得偏折角,实际上就是确定光线得传播方向.只有平行光才具有确定得方向,调焦于无穷远得望远镜可以判定平行光得传播方向.因此,分光计由平行光管、望远镜、载物台、角度刻度盘与三脚底座五个主要部分构成.图2就是它得全貌、

图 2

1–狭缝装置;２–狭缝装置锁紧螺钉;3–平行光管部件;4–制动架(二);5–载物台;６–载物台条平螺钉;7–载物台锁紧螺钉;8–望远镜部件;9–目镜锁紧螺钉;10–阿贝式自准值目镜;11–目镜视度调节手轮;１２–望远镜光轴高低调节螺钉;13–望远镜光轴水平调节锁钉;１４–支臂;１５–望远镜微调螺钉;１6–刻度盘止动螺钉;17–底座;18–望远镜止动螺钉;19–平行光管准直镜;２0–压片; 21–度盘;22–游标盘;23–立柱;24–游标盘微调螺钉;25–游标盘止动螺钉;26–平行光管光轴水平调节螺钉;２7–平行光管高低调节螺钉;28–狭缝宽度调节手轮、

⑴三脚底座、它就是整个分光计得底座,底座中心有沿铅直方向得转轴套,望远镜与刻度盘可绕该轴转动。

⑵平行光管.它得作用就是产生平行光。平行光管通过立柱固定在仪器底座上、管得一端装有一个消色差得复合透镜(物镜),另一端就是装有狭缝得可伸缩套管,调节手轮可改变狭缝得宽度.若用光源照亮狭缝,调节狭逢装置锁紧螺钉可以使狭缝套管前后移动,以改变狭缝与物镜间得距离,使狭缝恰好落在物镜得前焦平面上以产生平行光,管下方得平行光管高低调节螺钉用来调节管得倾度,使平行光管得光轴与仪器转轴垂直、平行光管水平调节螺钉用来微调左右。

⑶望远镜、结构见图3,它由目镜、物镜、分划板(叉丝)、平面反射镜、光源组成.为了调节与测量,物镜与目镜间装有一分划板(分划板得尺寸见图4),分划板固定在筒Ｂ上,目镜Ｃ装在筒B里,通过调节目镜调节手轮可沿筒B前后移动,以改变目镜与分划板之间得距离,适应不同实验者眼睛得差异,使分划板调到能使实验者瞧得最清楚为原则。物镜固定在筒A得另一顶端,它就是消色差得符合正透镜,调节目镜锁紧螺钉,可使筒Ｂ沿筒A滑动,以改变分划板与物镜得距离,使分划板能调到物镜得后焦面上.当物镜与目镜得焦平面与分划重合时,从目镜中可同时观察到分划板与它得反射像,且无视差(无重影)此时望远镜适合于观察无穷远处。

图3 图4

1–小三棱镜;2–场镜;3–接目镜;4–反射镜; 1–透光小十字(黑色);5–物镜;6–筒A;７–分划板;8–筒B; 2–小十字得像(绿色)

9–阿贝目镜C

目镜就是由场镜与接目镜组成。图3.４就是阿贝目镜,在目镜与分划板间装了一个小三棱镜、绿色光经小三棱镜反射将分划板照亮,由目镜望去,分划板被照亮部分就是一绿色小方块(视场下方),绿色方块中得透光部分就是一黑色小十字(以下简称小十字).

望远镜下方得望远镜光轴高低调节螺钉就是用来调节望远镜得纵向倾度,使镜筒得光轴垂直于仪器转轴。望远镜光轴水平调节螺钉就是用来调节望远镜得横向倾度。望远镜可通过望远镜止动螺钉固定在仪器转轴上,这时可通过望远镜微调螺钉微调,将望远镜止动螺钉放松,望远镜可绕仪器得转轴自由转动。

⑷载物台.它就是一个用以放置被测对象或光学元件得小平台.它可绕仪器转轴转动与沿仪器转轴升降,并可通过载物台锁紧螺钉把它固定在任一高度上.平台下有三个调平螺丝用以改变平台对仪器转轴得倾度.台上有一压片用来固定待测物体.

⑸角度刻度盘与读法.刻度盘有内、外两层。外层通过转座与度盘止动螺钉与望远镜相连,能随望远镜一起转动.内层盘上相隔1８０°处有两个角游标,当把游标盘止动螺钉旋紧时,内盘与仪器转轴得相对位置被固定,放松时,内盘可绕仪器转轴自由转动。当内盘固定,望远镜转动时,可从外盘上读出望远镜得转角.刻度圆盘分为360°,最小分度为0、５°,即3０′;小于0、５°则读游表盘,游标盘被等分为30格,最小分格值为1′。角度得读法以角游标得零线为准,从外盘上找到与游标零线相对应得地方,读出“度"数,再找到游标上与外盘刻线刚好重合得刻线,读出“分"数、

二、分光计得调整

在进行精确测量前,必须经过仔细调节,使分光计达到下述状态:使平行光管发出平行光,望远镜接受平行光(即聚焦无穷远);平行光管与望远镜得光轴(望远镜光轴此处就是指分划板中心十字交点与物镜光心得连线)与分光计得转轴垂直。

1、目测粗调:调节前应先进行粗调,即用眼睛估测,把望远镜光轴、平行光管光轴与载物台面尽量调成水平,且大致垂直于分光计中心轴,然后再对各部分细调、

2、用自准法(Ｐ、１60)调整望远镜聚焦于无穷远处

①点亮小灯,调节目镜与叉丝间得距离(慢转目镜镜头),瞧清叉丝、

②将一平面反射镜垂直放在载物台上, 并且使平面镜得镜面与载物台下三个调平螺丝ｂ1,ｂ2与b3中得任意两个(如b1,b2)得连线垂直(通过调节这两个螺丝可以改变平面镜对望远镜得倾度)。缓慢转动载物台,从侧面观察,使得从望远镜射出得光能被镜面反射回望远镜中。

③从望远镜中观察, 并缓慢转动载物台,找到从平面镜中反射回来得叉丝光斑后,调节叉丝与物镜间距(须松开上方小螺丝),使从目镜中能瞧清叉丝得反射像,且削除视差、此时,小十字(即分划板)已处于物镜焦平面上.即望远镜已聚焦于无穷远,用目镜锁紧螺钉固定好套筒。

3、用各半调法(即渐进法)调整望远镜光轴与分光计中心轴垂直

借助平面镜调节,如果转动载物台180°前后,平面镜得两个面反射回来得小十字像均与分划板上方黑十字重合,则说明载物台绕仪器转轴转180°前后,望远镜光轴均垂直于平面镜,且平面镜平行于仪器转轴,因而望远镜光轴垂直于分光计中心轴、

具体调节方法就是:在上一步已瞧见反射得小十字像得基础上,转动载物台,使平面镜绕分光计中心轴转１80°,如果仍能瞧到反射回来得小十字像,则可细调使小十字像与分划板上方黑十字重合。否则,应重新进行粗调,直至载物台绕仪器转轴转180°前后均能瞧见平面镜反射回来得像,再进行细调.

细调采用渐进法,即先调望远镜下得光轴高低调节螺钉,使小十字像与分划板上方黑十字得上下距离移近一半,再调小平台下得两个螺丝(调该螺丝能够改变平面镜倾度)b1 ,b2(b３不动),使它们重合,转动载物台180°,再照以上方法调节,反复多次,必可使载物台转过1８0°前后,平面镜得两个面反射回来得小十字像均与分划板上方黑十字重合。此时望远镜光轴与仪器转轴垂直、

４、调整载物台面与分光计中心轴垂直

固定好望远镜,把平面镜转动90°角,再调小平台下得另一螺丝(ｂ3),用各半调法使像与叉丝重合,则