光的色散研究

1、光的色散研究【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚? . 了解分光計(jì)的原理與構(gòu)造，學(xué)會(huì)正確的調(diào)節(jié)和使用方法；2 .掌握用自準(zhǔn)法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦到無(wú)窮遠(yuǎn)；3 .學(xué)會(huì)用分光計(jì)測(cè)量光學(xué)平面間夾角的方法；4 .掌握三棱鏡頂角的測(cè)量方法；5 .用最小偏向角法測(cè)定玻璃折射率。【實(shí)驗(yàn)儀器和用具】本實(shí)驗(yàn)使用JJY1'型。該分光計(jì)由“阿貝”式自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，裝有可調(diào)狹縫的平行光管，可升降的載物平臺(tái)及光學(xué)度盤(pán)游標(biāo)讀數(shù)系統(tǒng)等四大部分組成。1、目鏡視度調(diào)節(jié)手輪2、阿貝式自準(zhǔn)直目鏡 3、目鏡鎖緊螺釘4、望遠(yuǎn)鏡5、望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦手輪6、望遠(yuǎn)鏡光軸高低調(diào)節(jié)螺釘7、望遠(yuǎn)鏡光軸水平調(diào)節(jié)螺釘（背面）8、望遠(yuǎn)鏡光軸水平鎖緊螺釘9、載物臺(tái) 10、載物臺(tái)調(diào)平

2、螺 釘（3只）11、三揶2、載始鎖讖打錯(cuò)畫(huà) 13平行光管14、狹i裝置15、狹縫裝置16、平行光管調(diào)焦手輪（背面）17、狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪18、平行光管光軸高低調(diào)節(jié)螺釘19、平行光管光軸水平調(diào)節(jié)螺釘20、平行光管光軸 水平鎖緊螺釘21、游標(biāo)盤(pán)微動(dòng)螺釘 22、游標(biāo)盤(pán)止動(dòng)螺釘 23、制動(dòng)架（二）24立柱25、底座26、轉(zhuǎn)座高壓汞燈、鈉光燈（發(fā)出光源觀察 ）雙面平行面鏡（校準(zhǔn)分光計(jì)）三棱鏡（實(shí)驗(yàn)物）【實(shí)驗(yàn)原理】：一、分光計(jì)的結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)原理1、要測(cè)準(zhǔn)入射光與出射光之間的偏轉(zhuǎn)角必須滿足的兩個(gè)條件 （1）入射光與出射光均為平行光束；(2)入射光與出射光的方向以及反射面或折射面的法線都與分光計(jì)的刻度盤(pán)平行。2

3、、分光計(jì)的主要部件(1)望遠(yuǎn)鏡分光計(jì)中采用自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，它由物鏡，叉絲分劃板與目鏡組成，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡應(yīng)先調(diào)節(jié)目鏡使3剖面的牛形叉絲清晰可見(jiàn)，然后再調(diào)叉絲套筒使5剖面的十形亮線經(jīng)平面鏡的反射像也清晰可見(jiàn)，且與豐形叉絲無(wú)視差。自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)身坪面鏡 乙物鏡一 出4彩分劃板與Wfe久射光卷$渺麒： 妥w棱鏡”久嘉攜 畛手部反射像(2)平行光管平行光管由狹縫與透鏡組成，其結(jié)構(gòu)如上圖。若將狹縫調(diào)到透鏡的焦平面上，則可得平行光，這時(shí)可在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中看見(jiàn)清晰的狹縫像，且與 中形叉絲無(wú)視差，然后 再調(diào)節(jié)縫寬約1 mmfP可。1.族縫2,調(diào)縫寬螺釘3.凸透鏡4.模縫位置調(diào)節(jié)蟠釘(3)刻度盤(pán)(有 A,B兩個(gè)盤(pán))度盤(pán)

4、垂直于分光計(jì)的主軸且可繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，為消除偏心差，采用了兩個(gè)位置相差180。的游標(biāo)讀數(shù)?？潭缺P(pán)的分度值為0.5 ° , 0.5 °以下則用游標(biāo)來(lái)讀數(shù)。游標(biāo)的最小分度值為1'。2刻度盤(pán)與游標(biāo)、最小偏向角法測(cè)玻璃折射率當(dāng)入射角i等于出射角i'時(shí)，入射光和出射光之間的夾角占最小。由折射定律可得棱鏡玻璃的折射.月4 5sin率n為：2三、色散及色散曲線的擬合當(dāng)入射光不是單色光時(shí)，雖然入射角對(duì)各種波長(zhǎng)的光都相同，但出射角并不相同，即折射率不相同。對(duì)于一般的透明材料， 折射率隨波長(zhǎng)的減小而增大。折射率n隨波長(zhǎng)入變化的現(xiàn)象稱為色散。般可采用平均色散nF nC或色散本領(lǐng) V上

5、一nC來(lái)表示某種玻璃色散的程0 d 1度。用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)表示可見(jiàn)光范圍內(nèi)玻璃材料的折射率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系時(shí), 公式：可用以下A。 Ai 2A22A3 4A46AB四、三棱鏡頂角的測(cè)量原理1、自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角用自準(zhǔn)法測(cè)定三棱鏡頂角。由圖可知，只要測(cè)出三棱鏡兩個(gè)光學(xué)面的法線之間的夾角嫉，即可求得頂角一步O2、平行光管法測(cè)三棱鏡頂角用平行光法測(cè)定三棱鏡頂角。一束平行光被三棱鏡的兩個(gè)光學(xué)面反射后，只要測(cè)出兩束反射光之間的夾角嫉，即可求得A -頂角 二【實(shí)驗(yàn)步驟】一、分光計(jì)的調(diào)節(jié)分光計(jì)是在平行光中觀察有關(guān)現(xiàn)象和測(cè)量角度，1、粗調(diào)分光計(jì)打開(kāi)電源，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和平行光管的光軸盡量使它們與刻度盤(pán)平行；調(diào)節(jié)小平臺(tái)

6、盡量使它與刻度盤(pán)平行（即與分光計(jì)主軸垂直）。2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（1）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡適合于觀測(cè)平行光點(diǎn)亮燈源，照亮視場(chǎng)調(diào)旋轉(zhuǎn)目鏡頭，直到看清中形叉絲（調(diào)整望遠(yuǎn)鏡發(fā)出的平行光）放置平面鏡于小平臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡或小平臺(tái)找到十反射光斑（調(diào)整望遠(yuǎn)鏡對(duì)平行光聚焦）調(diào)節(jié)叉絲套筒看清+像，并消視差（2）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸，分光計(jì)主軸（調(diào)整望遠(yuǎn)鏡垂直主軸）當(dāng)平面鏡法線與望遠(yuǎn)鏡光軸平行時(shí)，'+形反射像與中形叉絲的上交點(diǎn)完全等高，將小平臺(tái)旋轉(zhuǎn) 180。之后，如果仍然完全重合，則說(shuō)明望遠(yuǎn)鏡光軸已垂直于分光 計(jì)主軸了。調(diào)節(jié)方法是采用 各半調(diào)節(jié)法：即先調(diào)小平臺(tái)下的螺釘使 +'形反射像與 牛'形叉絲的上交點(diǎn)之間的

7、距離減小一半，再調(diào)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)水平螺釘使它們重合，然后轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)180。，觀察是否重合，不重合即重復(fù)以上步驟，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到兩邊都重 合即調(diào)節(jié)完成。3、調(diào)節(jié)平行光管（1）調(diào)節(jié)平行光管發(fā)出平行光狹縫像應(yīng)是一條輪廓清楚的窄長(zhǎng)條，而不是邊緣模糊的亮條。狹縫像應(yīng)與叉絲無(wú)視差。狹縫寬度應(yīng)合適，實(shí)驗(yàn)中縫像約1m魄即可。（2）調(diào)節(jié)平行光管光軸，分光計(jì)主軸調(diào)節(jié)平行光管的調(diào)水平螺釘，使狹縫像被中叉絲中心線平分，平行光管也就垂直于分光計(jì)主軸了。4、細(xì)調(diào)三棱鏡兩光學(xué)面法線垂直于分光計(jì)主軸在分光計(jì)已調(diào)好的情況下，只需調(diào)整三棱鏡兩光學(xué)面的法線垂直于分光計(jì)的主軸。二、測(cè)量三棱鏡頂角平行光法測(cè)量三棱鏡的頂角。兩光學(xué)平面之間

8、的夾角稱為二面角。三棱鏡、直角棱鏡中相鄰兩個(gè)光學(xué)平面之間的夾角稱為棱角（或稱二面角）。用一束平行光入射到三棱鏡的棱角，如圖所示，光線（1）經(jīng)AB面反射，光線（2）經(jīng)AC面反射，二反射光線的夾角為a。二反射光線的夾角a與棱角 A的關(guān)系很容易從幾何光學(xué)中得到A= 2棱角A應(yīng)接近平臺(tái)中心，否則望遠(yuǎn)鏡中會(huì)看不到反射光。測(cè)量左右兩反射光線的角位置，就可算得棱角。測(cè)量時(shí)稍微改變棱角A接近平臺(tái)中心位置（左右，前后）反復(fù)測(cè) 5次左右加運(yùn)用公式得到 A的角度?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】：角度次數(shù)左右左A-右A|左B-右BAA窗B窗A窗B窗1326° 50'146° 50'86°

9、50'266° 50'120°120°60°2325° 30'145° 20'85° 40'265° 40'120° 10'120° 20'60° 07'3348° 30'168° 30'128° 40'288° 40'120° 10'120° 10'60° 5'4340° 45&

10、#39;160° 45'100° 45'280° 45'120°120°60°50° 20'180° 20'120° 20'300° 20'120°120°60°_A=60° 03'左A-右A 左B右B計(jì)算A的公式為 A 一A| 1 B一- 4A A U =_60_03_T注；儀器誤差為 1得到三棱鏡棱角A為60° 03'測(cè)量氫光管譜線的最小偏向角1、重新調(diào)整好分光計(jì)。2、觀

11、察譜線并對(duì)照氨光譜圖認(rèn)譜。放好三棱鏡，先直接透過(guò)三棱鏡用眼睛找到自己的平行光管及其中的彩色光譜出射的方向,然后將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到眼睛所觀察的方位，就能從望遠(yuǎn)鏡里看到譜線。再進(jìn)一步調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)使望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)里的譜線清晰明亮、線寬合適。應(yīng)有五條譜線。(1)用水銀燈照亮平行光管的狹縫，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤(pán)(連同載物臺(tái))，使待測(cè)棱鏡的位置上。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡至棱鏡出射光的方向，觀察折射后的狹縫像， 此時(shí)在望遠(yuǎn)鏡中就能看到光源譜線(狹縫單色像)。將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)綠譜線。(2)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤(pán)，改變?nèi)肷浣牵棺V線往偏向角減小的方向移動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡跟蹤綠譜線。當(dāng)游標(biāo)盤(pán)轉(zhuǎn)到某一位置， 綠譜線不再向前移動(dòng)而開(kāi)始向相反方向移動(dòng)時(shí)，也就是

12、偏向角變大，那么這個(gè)位置就是譜線移動(dòng)方向的轉(zhuǎn)折點(diǎn),此即棱鏡對(duì)該譜線的最小偏向角的8位置。(3)將望遠(yuǎn)鏡的豎直叉絲對(duì)準(zhǔn)綠譜線，微調(diào)游標(biāo)盤(pán)，使棱鏡作微小轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)確找到譜 線開(kāi)始反向的位置， 然后固定游標(biāo)盤(pán)，同時(shí)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺釘， 使豎直叉絲對(duì)準(zhǔn)綠譜線的 中心，記錄望遠(yuǎn)鏡在此位置時(shí)的左、右游標(biāo)的讀數(shù)。(4)取下三棱鏡，游標(biāo)盤(pán)固定不動(dòng)，將望遠(yuǎn)鏡(連同刻度盤(pán))轉(zhuǎn)到入射光線的方向，讓豎直叉絲對(duì)準(zhǔn)白色狹縫像，記下相應(yīng)的左、右游標(biāo)的讀數(shù)。由此可以確定出最小b)1'偏向角，即 Smin = 1( A A) ( B(5) 重復(fù)測(cè)幾次，求的 Smin平均值【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】1、最小偏向角測(cè)三棱鏡折射率數(shù)據(jù)表格T

13、it2'AA'BBSminnAB'A'B579.182° 30'262° 30'340° 30'160° 30'102°-102°51°1.6483546.182° 50'262° 50'340°160°102° 50'-102° 50'51° 25'1.6521491.683° 40'263° 40'339°

14、; 08'159° 10'104° 30'-104° 30'52° 16,1.6600435.885° 50'265° 20'338°158°107° 50,-107° 50,54° 20'1.6801407.886° 10'266° 10'336° 20'156° 20'109° 50'-109° 50'55°

15、20'1.68951實(shí)驗(yàn)所需公式為：Smin =-( A A) ( B B)1sin - (Smin A)sin i1 n=sin i22.A sin2根據(jù)數(shù)據(jù)所畫(huà)坐曲線圖為n最小偏向用測(cè)二棱鎰?wù)凵渎是絿?guó)4DQ0Q 40.0944(X00 拓 480,00渺 00空 Q0054a0056000 的刖 60aoe【注意事項(xiàng)】：1、分光計(jì)在調(diào)整好后，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中望遠(yuǎn)鏡和平行光管的水平調(diào)節(jié)螺釘不可再作調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過(guò)程必須仔細(xì)嚴(yán)格要求按講義的程序進(jìn)行。必須仔細(xì)了解每個(gè)元件的結(jié)構(gòu)作用及原理2、望遠(yuǎn)鏡、平行光管及三棱鏡的光學(xué)表面不可用手摸及用紙擦，手拿三棱鏡應(yīng)拿 不透光面。3、在鎖緊螺釘緊鎖后不

16、可硬性轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的部件，各鎖緊螺釘不可用力過(guò)大。4、開(kāi)始時(shí)要檢查電源的安全。5、不要按壓實(shí)驗(yàn)器材。6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果化為弧度。7、所有光學(xué)儀器的光學(xué)面均不能用手擦拭，應(yīng)該用鏡頭紙輕輕揩擦。三棱鏡、平面鏡應(yīng)妥善放置，以免損壞。8、分光計(jì)是較精密的光學(xué)儀器，不允許在制動(dòng)螺釘鎖緊時(shí)強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡或游標(biāo)盤(pán)等，也不要隨意擰動(dòng)狹縫。9、在讀數(shù)前務(wù)必檢查分光計(jì)的幾個(gè)制動(dòng)螺釘是否鎖緊，以防讀數(shù)過(guò)程中，望遠(yuǎn)鏡或游 標(biāo)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣取得的數(shù)據(jù)不可靠10、 測(cè)量中應(yīng)正確使用望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的微調(diào)螺絲，以便提高工作效率和測(cè)量準(zhǔn)確度。使用微調(diào)螺釘時(shí)，應(yīng)保證相應(yīng)的制動(dòng)螺釘在松弛狀態(tài)。11、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后記得關(guān)閉電源， 把實(shí)驗(yàn)器材整理好，

17、工具放回原地，目鏡物鏡要蓋好鏡頭蓋，做好防潮措施。12、 在游標(biāo)讀數(shù)過(guò)程中， 由于望遠(yuǎn)鏡可能位于任何方位，故處理數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中是否過(guò)了刻度零點(diǎn)。13、 讀數(shù)時(shí)，左、右游標(biāo)不要弄混。【思考題】；1、當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)180反復(fù)調(diào)節(jié)使望遠(yuǎn)鏡主軸垂直于分光計(jì)主軸時(shí)，小平臺(tái)是否也同時(shí)調(diào)好 到垂直于主軸了？為什么？答：是的，平臺(tái)面通過(guò)不斷的調(diào)節(jié)，使得每次反射的光都在同一高度，因此小平臺(tái)與主軸垂直。兩邊反射光都經(jīng)過(guò)平面鏡后到達(dá)同個(gè)位置，所以垂直主軸。2、 0 分光計(jì)讀數(shù)刻盤(pán)角度值由小到大的排列方向是逆時(shí)針的,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí),轉(zhuǎn)角小于 180度,游標(biāo)過(guò) 0 刻度,讀得1、 2 兩位置的角位置坐標(biāo)值

18、為 293 度 2 分、 33度 47 分.求望遠(yuǎn)鏡實(shí)際答；在決定望遠(yuǎn)鏡位置時(shí)應(yīng)注意，當(dāng)游標(biāo)順向（即讀數(shù)增大方向）或反方向（即讀數(shù)減小方向）轉(zhuǎn)過(guò)刻度盤(pán)上360°時(shí)的那個(gè)刻度應(yīng)加上360°或減去360 °。如左A=160°右B=340°右A=220°左B=40°由于 B 窗的讀數(shù)從340°順向通過(guò)360 °而達(dá)到40°的位置所以左 =40° +360° =400° B故實(shí)際上轉(zhuǎn)過(guò)角度 H=20 ° +40° =60°，即H=400 ° -340° =60°3、用汞燈做光源測(cè)定最小偏向角時(shí)，當(dāng)測(cè)完黃光的最小偏向角后，能否不再轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，只稍微移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡即可測(cè)出其他波長(zhǎng)的最小偏向角？是說(shuō)明之。答：不可以。因?yàn)闇y(cè)其它光時(shí)，由于