分光计的调节和色散曲线的测定.docx

1、分光计的调节和色散曲线的测定清 华 大 学 实 验 报 告系别：工业工程 班号：工32 姓名：张霄玥 （同组姓名： ）做实验日期： 2004 年 11 月 10 日 教师评定： 实验名称：分光计的调节和色散曲线的测定实验目的1、 了解分光计的原理与构造，学会调节分光计；2、 用最小偏向角法测定玻璃折射率；3、 掌握三棱镜顶角的两种测量方法。实验原理一、 分光计的结构及调节原理1、要测准入射光与出射光之间的偏转角必须满足的两个条件（1）入射光与出射光均为平行光束；（2）入射光与出射光的方向以及反射面或折射面的法线都与分光计的刻度盘平行。2、分光计的主要部件（1）望远镜分光计中采用自准望远镜，它由

2、物镜，叉丝分划板与目镜组成，调节望远镜应先调节目镜使3剖面的形叉丝清晰可见，然后再调叉丝套筒使 5 剖面的形亮线经平面镜的反射像也清晰可见，且与形叉丝无视差。（2）平行光管平行光管由狭缝与透镜组成，其结构如上图。若将狭缝调到透镜的焦平面上，则可得平行光，这时可在望远镜视场中看见清晰的狭缝像，且与形叉丝无视差，然后再调节缝宽约mm即可。（3）刻度盘度盘垂直于分光计的主轴且可绕主轴转动，为消除偏心差，采用了两个位置相差180的游标读数。刻度盘的分度值为0.5，0.5以下则用游标来读数。游标的最小分度值为1。刻度盘与游标二、 最小偏向角法测玻璃折射率当入射角 i 等于出射角 i 时，入射光和出射光之

3、间的夹角最小。由折射定律可得棱镜玻璃的折射率为：三、 色散及色散曲线的拟合当入射光不是单色光时，虽然入射角对各种波长的光都相同，但出射角并不相同，即折射率不相同。对于一般的透明材料，折射率随波长的减小而增大。折射率n随波长变化的现象称为色散。一般可采用平均色散或色散本领来表示某种玻璃色散的程度。用经验公式来表示可见光范围内玻璃材料的折射率与波长之间的关系时，可用以下公式：四、 三棱镜顶角的测量原理1、自准法测三棱镜顶角用自准法测定三棱镜顶角。由图可知，只要测出三棱镜两个光学面的法线之间的夹角，即可求得顶角。2、平行光管法测三棱镜顶角用平行光法测定三棱镜顶角。一束平 行光被三棱镜的两个光学面反射

4、后，只要测出两束反射光之间的夹角，即可求得顶角实验内容一、分光计的调节1、粗调分光计调节望远镜和平行光管的光轴尽量使它们与刻度盘平行；调节小平台尽量使它与刻度盘平行（即与分光计主轴垂直）。2、调节望远镜（1）调节望远镜适合于观测平行光点亮小灯，照亮视场调目镜看清形叉丝放置平面镜于小平台上转动望远镜或小平台找到反射光斑调节叉丝套筒看清像，并消视差（2）调节望远镜光轴分光计主轴当平面镜法线与望远镜光轴平行时， 形反射像与 形叉丝的上交点完全重合，将小平台旋转180之后，如果仍然完全重合，则说明望远镜光轴已垂直于分光计主轴了。调节方法是采用渐近法 即先调小平台下的螺钉使形反射像与 形叉丝的上交点之间

5、的距离减小一半，再调望远镜的调水平螺钉使它们重合，然后转动小平台180，重复以上步骤。3、调节平行光管（1）调节平行光管发出平行光狭缝像应是一条轮廓清楚的窄长条，而不是边缘模糊的亮条。 狭缝像应与叉丝无视差。 狭缝宽度应合适，实验中缝像约mm宽即可。（2）调节平行光管光轴分光计主轴调节平行光管的调水平螺钉，使狭缝像被 叉丝中心线平分，平行光管也就垂直于分光计主轴了。4、细调三棱镜两光学面法线垂直于分光计主轴在分光计已调好的情况下，只需调整三棱镜两光学面的法线垂直于分光计的主轴。二、测量氦光管谱线的最小偏向角1、观察谱线并对照氦光谱图认谱。放好三棱镜，先直接透过三棱镜用眼睛找到自己的平行光管及其

6、中的彩色光谱出射的方向，然后将望远镜转到眼睛所观察的方位，就能从望远镜里看到谱线。再进一步调节到最佳状态使望远镜视场里的谱线清晰明亮、线宽合适。应有九条谱线。2、确定最小偏向角。转动小平台，当棱镜转到某个位置时，谱线不再移动，继续使棱镜沿原方向转动时，谱线反而向相反方向移动，即偏向角反而变大，这个转折位置就是最小偏向角位置。检查确认后，测出此时出射光的方位，与入射光方位相减得到该谱线的最小偏向角。三、测量三棱镜顶角利用自准法、平行光法测量三棱镜的顶角。实验数据 一、数据记录1、最小偏向角测三棱镜折射率数据表格分光计编号 27 ；三棱镜编号 25 ；A= 600 ；= 1 ；入射光方位= 971

7、2 ；= 27714 氦谱线波长/nm447.1150253302853135314531456371.6700471.3149503295352385239523956201.6646492.214927329295215521552155681.6607501.614917329215255275265631.6591587.6148103281450585100505955301.6483667.8147323273650205022502155111.6420706.614718327225065085075541.6396表中脚标1、2分别表示左、右游标读数2、测量三棱镜顶角数据记录

8、表格测量序号123游标游标游标游标游标游标第一位置2222021134419343114719145第二位置141593223133403134413144311471195712021195612011195712021200119591200计算若望远镜由位置到经过了刻度盘零点，则应按下式计算二、数据处理1、推导折射率n的不确定度n的表达式，并根据仪器的测量精度估计出A和代入并估计出n的大小，据此决定n应取几位有效数字。解：2、计算棱镜材料对各波长的折射率，画出色散曲线，并从所画色散曲线查处nC、nD和nF，求出平均色散和色散本领。答：棱镜材料对各波长的折射率见数据表格。色散曲线如图：3、用实验室给的数据处理程序进行多元线性回归，求出实验材料折射率与波长的经验公式。解：实验总结一、思考题1、当转动小平台180反复调节使望远镜主轴垂直于分光计主轴时，小平台是否也同时调好到垂直于主轴了？为什么？答：2、根据折射定律，请结合图4.3.13定性分析入射光的方位应处于何种情况时才可能找到最小偏向角？答：3、根据本实验的原理怎样测量光波波长？答：4、试根据光路图分析，为什么望远镜广州与平面镜法线平行时，在目镜内应看到形反射像与形叉丝的上方交点相重合？答：二、实验心得