分光计实验报告().doc
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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δ称为偏向角。
可以证明,当光线对称通过三棱镜,即入射角i0等于出射角i0’时,入射光和出射光之间的夹角最小,称为最小偏向角δmin。
由图7.1.2-8可知:
δ=(i-r)+(i’-r’)(6-2)
A=r+r’(6-3)
可得:
δ=(i+i’)-A(6-4)
三棱镜顶角A是固定的,δ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δ仅是i的函数.在实验中可观察到,当i变化时,δ有一极小值,称为最小偏向角.
令,由式(6-4)得
(6-5)
再利用式(6-3)和折射定律
(6-6)
得到
(6-7)
由式(6-5)可得:
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δ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δmin,这时由式(6-4)可得:
δmin=2i–A
由式(6-3)可得:
A=2r
由折射定律式(6-6),可得三棱镜对该单色光的折射率n为
(6-9)
由式(6-9)可知,只要测出三棱镜顶角A和对该波长的入射光的最小偏向角δmin,就可以计算出三棱镜玻璃对该波长的入射光的折射率。
顶角A和对该波长的最小偏向角δmin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】
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的读数和游标2的读数。
再转动游标盘,再使AB面正对望远镜,记下游标1的读数和游标2的读数。
同一游标两次读数误差或,即是载物台转过的角度,而是A角的补角,
A=.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)记下读数和转至
(2),记下读数和,有
(5)根据以及所得数据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。
调节时要边看边调,动作要轻,切忌两缝太近。
③光学仪器螺钉的调节动作要轻柔,锁紧螺钉也是指锁住即可,不可用力,以免损坏器件。
【数据处理】
1.顶角的测量及处理:
角度/分组
1
2
3
平均值
标准差
0°45′
20°02′
24°29′
120°47′
140°04′
144°30′
180°43′
200°00′
204°27′
300°48′
320°05′
324°31′
120°02′00″
120°02′00″
120°01′00″
120°01′40″
28″
120°05′00″
120°05′00″
120°04′00″
120°04′40″
28″
120°03′30″
120°03′30″
120°02′30″
120°03′10″
28″
由于A=,可得:
59°56′50″.
2.用最小偏向角法测棱镜材料折射率
测量次数为一次.
110°55′
59°37′
297°43′
246°23′
由59°56′50″=51°19′00″
得:
=1.6520
综上n=1.6520
【误差分析】
1.本试验的仪器为分光计精确度高,但是读数存在认为因素,会造成微小误差,可由多次测量减小误差。
2.实验仪器本身存在系统误差,这时可通过选取更精确的仪器来减小误差。
【实验总结】
通过本次实验,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。