B2-分光計測三棱鏡折射率

1、物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康恼n題實驗課題實驗實驗方法實驗方法實驗技術(shù)實驗技術(shù)光學(xué)系統(tǒng)的自準(zhǔn)直原理及方法光學(xué)系統(tǒng)的自準(zhǔn)直原理及方法分光計的調(diào)節(jié)和使用分光計的調(diào)節(jié)和使用三棱鏡頂角和最小偏向角的測量三棱鏡頂角和最小偏向角的測量物理現(xiàn)象物物理現(xiàn)象物理原理理原理三棱鏡色散譜線的觀察三棱鏡色散譜線的觀察最小偏向角測折射率最小偏向角測折射率光譜定性分析光譜定性分析物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝光的色散和偏向角光的色散和偏向角可以證明，當(dāng)可以證明，當(dāng)i1

2、=i4、 i2=i3時，時，有最小偏向角有最小偏向角0.光源光源平行光平行光色散分光色散分光譜線信息譜線信息0sinsin2sinsin2AinA物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝二、實驗儀器二、實驗儀器物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝1、分光計的構(gòu)造原理、分光計的構(gòu)造原理物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝2、分光計的調(diào)節(jié)方法、分光計的調(diào)節(jié)方法三垂直三垂直:望遠鏡光軸垂直中心轉(zhuǎn)軸；載物平臺垂直中望遠鏡光軸垂直中心轉(zhuǎn)軸；載物平臺垂直中心轉(zhuǎn)軸；平行光管軸垂直中心轉(zhuǎn)軸心轉(zhuǎn)軸；平行光管軸垂直中心轉(zhuǎn)軸調(diào)節(jié)要求調(diào)節(jié)要求調(diào)節(jié)步驟調(diào)節(jié)步驟望遠鏡調(diào)節(jié)望遠鏡調(diào)節(jié)望遠鏡軸

3、線及平臺與中心轉(zhuǎn)軸垂直望遠鏡軸線及平臺與中心轉(zhuǎn)軸垂直平行光管軸線與中心轉(zhuǎn)軸垂直平行光管軸線與中心轉(zhuǎn)軸垂直目測粗調(diào)目測粗調(diào)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝 （a）將雙面反射鏡放在載物臺上，使雙面鏡的兩反射面與望遠鏡大致垂直。這一步需要調(diào)節(jié)載物臺的三個調(diào)平螺絲以及望遠鏡的高低調(diào)節(jié)螺絲來完成。(2)(2)用自準(zhǔn)法調(diào)節(jié)望遠鏡聚焦無窮遠用自準(zhǔn)法調(diào)節(jié)望遠鏡聚焦無窮遠物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝（b b）點亮照明小燈，調(diào)節(jié)目鏡與分劃板間的距離，看清）點亮照明小燈，調(diào)節(jié)目鏡與分劃板間的距離，看清分分劃板上的黑色叉絲細線和帶有綠色的小十字窗口劃板上的黑色叉絲細線和帶有綠色的小

4、十字窗口（目鏡對（目鏡對分劃板調(diào)焦）分劃板調(diào)焦）（c c）從望遠鏡的目鏡中觀察到綠色反射十字像，前后移動）從望遠鏡的目鏡中觀察到綠色反射十字像，前后移動目鏡對望遠鏡調(diào)焦，使目鏡對望遠鏡調(diào)焦，使反射像清晰且與叉絲無視差反射像清晰且與叉絲無視差。此時。此時分劃板平面、目鏡焦平面、物鏡焦平面重合在一起，望遠分劃板平面、目鏡焦平面、物鏡焦平面重合在一起，望遠鏡已聚焦于無窮遠（即平行光經(jīng)物鏡聚焦于分劃板平面鏡已聚焦于無窮遠（即平行光經(jīng)物鏡聚焦于分劃板平面上），能接受平行光了上），能接受平行光了物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝(3)用半近調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)望遠鏡光軸與儀器主軸相垂直 判斷望遠鏡光軸

5、與儀器主軸垂直的依據(jù)是：由反射鏡兩個面反射的十字像在上面的水平叉絲上。否則，用半近調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)方法如下：否則，用半近調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)方法如下：物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝注意：望遠鏡調(diào)節(jié)水平后，螺絲注意：望遠鏡調(diào)節(jié)水平后，螺絲d d千萬不能再轉(zhuǎn)動，否則重新調(diào)節(jié)千萬不能再轉(zhuǎn)動，否則重新調(diào)節(jié)載物臺轉(zhuǎn)動載物臺轉(zhuǎn)動180180物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝(4)(4)調(diào)節(jié)平行光管調(diào)節(jié)平行光管（b b）打開狹縫，從望遠鏡中觀察，同時調(diào)節(jié)平行光管狹縫與）打開狹縫，從望遠鏡中觀察，同時調(diào)節(jié)平行光管狹縫與透鏡間距離，直到看見清晰的狹縫像為止，然后透鏡間距離，直

6、到看見清晰的狹縫像為止，然后調(diào)節(jié)縫寬調(diào)節(jié)縫寬使使望遠鏡視場中的縫寬約為望遠鏡視場中的縫寬約為1mm1mm（a a）目測粗調(diào)目測粗調(diào)至平行光管光軸大致與望遠鏡光軸相一致至平行光管光軸大致與望遠鏡光軸相一致物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝（d d）消除視差消除視差 微微改變平行光管的狹縫與會聚透鏡的相對位置；微微改變平行光管的狹縫與會聚透鏡的相對位置；并稍微移動望遠鏡的目鏡套筒及轉(zhuǎn)動目鏡，最后并稍微移動望遠鏡的目鏡套筒及轉(zhuǎn)動目鏡，最后達到移動頭部時，準(zhǔn)線與像無相對移動為止。達到移動頭部時，準(zhǔn)線與像無相對移動為止。（c c）調(diào)節(jié)平行光管的）調(diào)節(jié)平行光管的傾斜度傾斜度，使狹縫中點與，使

7、狹縫中點與“”準(zhǔn)線的中心交點重合，準(zhǔn)線的中心交點重合，縫長適當(dāng)這時平行光管與望遠鏡的光軸在同一水平面內(nèi)，并與分光計中縫長適當(dāng)這時平行光管與望遠鏡的光軸在同一水平面內(nèi)，并與分光計中心軸垂直。心軸垂直。物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝3 3、分光計的測量方法、分光計的測量方法分光計測角度（兩條光線的夾角）的方法分光計測角度（兩條光線的夾角）的方法測量時，測量時，刻度盤固定，刻度盤固定，望遠鏡帶動游標(biāo)盤一起轉(zhuǎn)動望遠鏡帶動游標(biāo)盤一起轉(zhuǎn)動，刻度盤，刻度盤與游標(biāo)盤之間相對運動的角度即為望遠鏡轉(zhuǎn)過的角度。與游標(biāo)盤之間相對運動的角度即為望遠鏡轉(zhuǎn)過的角度。望遠鏡通常先對準(zhǔn)某條光線（如入射光），轉(zhuǎn)

8、動后對準(zhǔn)另一望遠鏡通常先對準(zhǔn)某條光線（如入射光），轉(zhuǎn)動后對準(zhǔn)另一條光線（如折射光），望遠鏡轉(zhuǎn)過的角度就是這兩條光線之條光線（如折射光），望遠鏡轉(zhuǎn)過的角度就是這兩條光線之間的夾角。間的夾角。物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝望遠鏡旋轉(zhuǎn)角度讀數(shù)和計算公式望遠鏡旋轉(zhuǎn)角度讀數(shù)和計算公式分光計的讀數(shù)與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)類似。分光計的讀數(shù)與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)類似。如圖，游標(biāo)的零刻度線對準(zhǔn)的刻度盤讀數(shù)為如圖，游標(biāo)的零刻度線對準(zhǔn)的刻度盤讀數(shù)為250o22。3、分光計的測量方法、分光計的測量方法物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝主刻度盤主刻度盤游標(biāo)盤游標(biāo)盤游標(biāo)窗口游標(biāo)窗口游標(biāo)窗口游標(biāo)窗口偏心

9、差的消偏心差的消除？除？物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝設(shè)望遠鏡豎直叉絲先對準(zhǔn)某條光線，設(shè)望遠鏡豎直叉絲先對準(zhǔn)某條光線，此時，左右兩個游標(biāo)的零刻度線分此時，左右兩個游標(biāo)的零刻度線分別對準(zhǔn)刻度盤上的兩個值（別對準(zhǔn)刻度盤上的兩個值（ 左左和和 右右），當(dāng)望遠鏡豎直叉絲對準(zhǔn)另一條），當(dāng)望遠鏡豎直叉絲對準(zhǔn)另一條光線后，左右兩個游標(biāo)的零刻度線光線后，左右兩個游標(biāo)的零刻度線分別對準(zhǔn)刻度盤上的另兩個值（分別對準(zhǔn)刻度盤上的另兩個值（ 左左和和 右右）。）。左右右左望遠鏡旋轉(zhuǎn)角度讀數(shù)和計算公式望遠鏡旋轉(zhuǎn)角度讀數(shù)和計算公式(消除偏心差消除偏心差)( )( )左左右右23、分光計的測量方法物理科學(xué)與

10、技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝三、實驗原理三、實驗原理 入射光入射光 LD與出射光與出射光ER的夾角的夾角 稱為偏向角。當(dāng)改變?nèi)敕Q為偏向角。當(dāng)改變?nèi)肷浣菚r，偏向角也會改變，射角時，偏向角也會改變，在某個入射角處，偏向角最小，在某個入射角處，偏向角最小，稱最小偏向角稱最小偏向角 m。三棱鏡對入射光線的。三棱鏡對入射光線的 m與其對入射光的折與其對入射光的折射率存在單值關(guān)系射率存在單值關(guān)系minsin2sin2n可見可見, ,通過測定棱鏡頂角和某單色光在棱鏡中的最小偏向角通過測定棱鏡頂角和某單色光在棱鏡中的最小偏向角可得棱鏡對該單色光的折射率可得棱鏡對該單色光的折射率. .物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)

11、院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝4.1 4.1 三棱鏡頂角測量三棱鏡頂角測量注意：由三棱鏡兩個反射面反射的十字像，由于透射率較高，注意：由三棱鏡兩個反射面反射的十字像，由于透射率較高，十字像比較淺，在尋找十字像時要認(rèn)真十字像比較淺，在尋找十字像時要認(rèn)真1.1.調(diào)節(jié)三棱鏡，使其主截面垂直于分光計主軸調(diào)節(jié)三棱鏡，使其主截面垂直于分光計主軸四、實驗步驟四、實驗步驟物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝三棱鏡頂角的測定，一般將三棱鏡的兩個光面所夾的棱三棱鏡頂角的測定，一般將三棱鏡的兩個光面所夾的棱放置在載物臺的正中放置在載物臺的正中( (否則否則 棱鏡折射面的反射光不棱鏡折射面的反射光不能進

12、入望遠鏡能進入望遠鏡) )，然后大致左右對稱地放上三棱鏡。，然后大致左右對稱地放上三棱鏡。載物平臺載物平臺ABC平行光管平行光管ABC平行光管平行光管載物平臺載物平臺四、實驗步驟四、實驗步驟物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝211801802211A4122211A注意：在測量時為克服偏心差，每次讀取注意：在測量時為克服偏心差，每次讀取刻度時，要記錄兩個刻度值。刻度時，要記錄兩個刻度值。 ABC望遠鏡ABC望遠鏡bb12反射法反射法 直準(zhǔn)直法直準(zhǔn)直法2.2.測量頂角測量頂角A A的方法的方法四、實驗步驟四、實驗步驟物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝1.1.頂角應(yīng)放在

13、靠近載物臺中心處頂角應(yīng)放在靠近載物臺中心處, ,否則發(fā)射光線不能進入否則發(fā)射光線不能進入望遠鏡望遠鏡; ;2.2.利用望遠鏡轉(zhuǎn)動微調(diào)螺絲使分劃板上的豎叉絲與狹縫像利用望遠鏡轉(zhuǎn)動微調(diào)螺絲使分劃板上的豎叉絲與狹縫像對準(zhǔn)對準(zhǔn). .3.3.多次測量多次測量(3(3次以上次以上),),求頂角的平均值求頂角的平均值. .注意事項注意事項四、實驗步驟四、實驗步驟物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝21nAB1. 1. 觀察汞光譜，觀察光譜線排列及入射角改變時所觀察觀察汞光譜，觀察光譜線排列及入射角改變時所觀察到的現(xiàn)象；到的現(xiàn)象；4.24.2測量綠光的最小偏向角測量綠光的最小偏向角2. 2. 根據(jù)

14、最小偏向角的概念根據(jù)最小偏向角的概念, ,測量汞光譜中綠色光的最小偏向測量汞光譜中綠色光的最小偏向角角. .四、實驗步驟四、實驗步驟物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝最小偏向角概念21nAB四、實驗步驟四、實驗步驟物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝方法方法a.a.移動望遠鏡移動望遠鏡, ,使之使之能在視場中能看到能在視場中能看到狹縫像。狹縫像。b.b.移動載物臺移動載物臺, ,找到找到狹縫像的轉(zhuǎn)折點狹縫像的轉(zhuǎn)折點( (偏偏向角不再減小向角不再減小, ,反而反而增大的位置。增大的位置。望遠鏡望遠鏡轉(zhuǎn)折點轉(zhuǎn)折點折射方向折射方向入入射射方方向向最小偏向角測量方法最小偏向角

15、測量方法物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝c.c.移動望遠鏡移動望遠鏡, , 使豎直瞄準(zhǔn)使豎直瞄準(zhǔn)線與狹縫像的轉(zhuǎn)折點處重合線與狹縫像的轉(zhuǎn)折點處重合d.d.轉(zhuǎn)動載物臺轉(zhuǎn)動載物臺, ,驗驗 證重合與否。證重合與否。e.e.分別從兩游標(biāo)分別從兩游標(biāo)讀數(shù)。記為讀數(shù)。記為 和和 。左1右1轉(zhuǎn)折點轉(zhuǎn)折點f.拿掉三棱鏡，測量白拿掉三棱鏡，測量白光譜線，讀得光譜線，讀得 和和左2右22|1212min右右左左物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝 ( 2-1 + 2-1 )/2 平行光管平行光管2 2 望遠鏡平行光管平行光管1 1 望遠鏡望遠鏡最小偏向角測量最小偏向角測量物理科學(xué)與技術(shù)

16、學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝 特別提請注意：特別提請注意： 在同一介質(zhì)中，不同波長光的傳播速度不同 ，折射率不同，最小偏向角也不同。因此，當(dāng)再測另一波長光的最小偏向角時，應(yīng)重復(fù)上述操作。 我們通常說的折射率，是對鈉黃光（波長：589.3nm）而言的。 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝測量最小偏向角步驟測量最小偏向角步驟三棱鏡置于平臺上三棱鏡置于平臺上轉(zhuǎn)動望遠鏡，觀察折射光（汞光譜六條譜線）轉(zhuǎn)動望遠鏡，觀察折射光（汞光譜六條譜線）轉(zhuǎn)動載物臺，改變?nèi)肷浣?，對綠光尋轉(zhuǎn)動載物臺，改變?nèi)肷浣牵瑢G光尋找最小偏向角找最小偏向角找到最小偏向角時，用望遠鏡豎直找到最小偏向角時，用望遠鏡豎

17、直叉絲對準(zhǔn)折射光叉絲對準(zhǔn)折射光分光計調(diào)節(jié)正常狀態(tài)分光計調(diào)節(jié)正常狀態(tài)讀出此時刻度盤的左右兩個讀數(shù)讀出此時刻度盤的左右兩個讀數(shù)反復(fù)多次反復(fù)多次勿動三勿動三棱鏡棱鏡物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝注意事項注意事項1 1、調(diào)節(jié)分光計時，每調(diào)好一步，調(diào)好的部件、調(diào)節(jié)分光計時，每調(diào)好一步，調(diào)好的部件不要碰動。不要碰動。2 2、測量時，刻度盤一定要固定，望遠鏡和游標(biāo)、測量時，刻度盤一定要固定，望遠鏡和游標(biāo)盤一定要鎖定。盤一定要鎖定。3 3、綠折射光較弱，看不到時可將狹縫調(diào)大些。、綠折射光較弱，看不到時可將狹縫調(diào)大些。物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝五、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù)記錄表格1 1、測棱鏡頂角、測棱鏡頂角( (自準(zhǔn)直法自準(zhǔn)直法) )物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝五、數(shù)據(jù)處理計算折射率時注意有效數(shù)選取。計算折射率時注意有效數(shù)選取。2 2、測最小偏向角、測最小偏向角物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝頂角A的不確定度 3BuA 22CABuAuAuA最小偏向角的不確定度5211mimiAmun n 5211iiAAAuAn n3Bmu22CmAmBmuuu CAAuAmmCmu物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡君輝胡君輝n的不確定度 22222sincos222sin2sin22