折射法測定棱鏡折射率

關(guān)于折射法測定棱鏡折射率第1頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三實驗目的：

熟悉分光計的構(gòu)造以及調(diào)節(jié)和使用。學習確定最小偏向角的方法。學習測定棱鏡折射率的方法。第2頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三實驗原理及背景知識介紹：

折射率是描述物質(zhì)光學性質(zhì)的物理量，折射率的大小與物質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)，還與光的波長有關(guān)。對于不同的物質(zhì)狀態(tài)，折射率的測量方法也不盡相同，而最小偏向角法是測定三棱鏡折射率的基本方法之一。第3頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三實驗原理及背景知識介紹：三棱鏡是由折射平面組成的光學系統(tǒng)。具體說來，它是由兩個或兩個以上的不平行的折射平面圍成的透明介質(zhì)元件。它的主要作用是使通過它的光線的行進方向相對與原來的方向發(fā)生偏折。所以偏向角是它的主要特征量。如圖1入射光線SD與出射光線ES’之間的夾角δ，稱為光在三棱鏡截面內(nèi)的偏向角。圖1棱鏡折射示意圖第4頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三實驗原理及背景知識介紹：對于給定頂角的三棱鏡，隨而變。在實驗中可以觀察到當變化時，有一個最小值，稱為最小偏向角。這時入射光的方向和出射光的方向是關(guān)于三棱鏡對稱的。當偏向角達到最小值時，則三棱鏡的折射率為：第5頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三實驗內(nèi)容：１．調(diào)節(jié)分光計（1）把望遠鏡目鏡分劃板上的叉絲調(diào)節(jié)清晰；（2）把望遠鏡調(diào)節(jié)到適合觀察平行光；（3）把望遠鏡的光軸調(diào)節(jié)到與儀器的主軸垂直；（4）把平行光管調(diào)節(jié)到能夠出射平行光；（5）把平行光管的光軸調(diào)節(jié)到與望遠鏡共軸；（6）把狹縫調(diào)節(jié)成豎直狀態(tài)且寬度適中。第6頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三實驗內(nèi)容：2、測定棱鏡的折射率則，棱鏡的折射率為：根據(jù)棱鏡折射的光路圖，放置好三棱鏡，旋轉(zhuǎn)載物臺去尋找最小偏向角的位置并記錄，移動望遠鏡對準入射光的位置并記錄，即可以計算棱鏡的最小偏向角：第7頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三實驗步驟：一．調(diào)節(jié)分光計。四．記錄入射光的方位角二．尋找最小偏向角。三．記錄最小偏向角的方位角。五．計算最小偏向角。六．計算待測棱鏡的折射率。第8頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三一、調(diào)節(jié)分光計

1．粗調(diào)（1）目測粗調(diào)使望遠鏡光軸大致水平，并粗調(diào)平行光管使其與望遠鏡大致共軸。（2）調(diào)節(jié)載物臺水平度調(diào)節(jié)螺絲使載物臺臺面大致水平。第9頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三一、調(diào)節(jié)分光計2、調(diào)節(jié)望遠鏡（1）目鏡調(diào)焦目鏡調(diào)焦的目的是使眼睛通過目鏡能很清楚地看到目鏡中分劃板上的刻線和叉絲。調(diào)焦辦法：接通儀器電源，把目鏡調(diào)焦手輪旋出，然后一邊旋進一邊從目鏡中觀察，直到分劃板刻線成像清晰，再慢慢地旋出手輪，至目鏡中刻線的清晰度將被破壞而未被破壞時為止（如圖3）。

遮光窗圖3目鏡分劃板第10頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三一、調(diào)節(jié)分光計2、調(diào)節(jié)望遠鏡（2）應用自準法對望遠鏡調(diào)焦，使其適合觀察平行光

a、

接上電源，將分劃板照亮。

b、將雙面反射鏡放在載物臺上（如圖4）。

c、調(diào)節(jié)望遠鏡府仰角螺釘，尋找經(jīng)過平面鏡反射回來的的綠十字，并前后移動目鏡裝置對望遠鏡調(diào)焦，使綠十字叉絲成像清晰（如圖5）。圖4雙面反射鏡的放置圖5雙面反射鏡反射回來的綠十字第11頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三一、調(diào)節(jié)分光計2、調(diào)節(jié)望遠鏡（3）應用各半調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)望遠鏡的光軸與儀器的主軸垂直。

a、望遠鏡內(nèi)出現(xiàn)清晰的綠十字叉絲像，而與分劃板上方的十字刻度線有一定的高度差

h（圖6a）。

b、調(diào)節(jié)望遠鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲，使高度差?

h?減小一半（圖6b）。

c、再調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺絲b?或c，使高度差全部消除（圖6c）。

圖6各半調(diào)節(jié)法示意圖第12頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三一、調(diào)節(jié)分光計d、旋轉(zhuǎn)載物臺，使雙面反射鏡轉(zhuǎn)過180°，重復各調(diào)一半法，使綠十字叉絲像如圖

6(c)所示。e、重復上述步驟，使經(jīng)雙面反射鏡兩個面反射的的綠十字叉絲像均如圖6(c)所示。第13頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三一、調(diào)節(jié)分光計3、調(diào)節(jié)平行光管（1）調(diào)節(jié)平行光管，使其適合觀察平行光調(diào)節(jié)平行光管上的狹縫裝置在平行光管軸線上的位置，直到狹縫的像最清晰，此時平行光管出射平行光，如圖7所示。圖7平行光管出射平行光第14頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三一、調(diào)節(jié)分光計3、調(diào)節(jié)平行光管（2）調(diào)節(jié)平行光管，使其與望遠鏡共軸旋轉(zhuǎn)狹縫90o，使其與目鏡分劃板水平刻線平行，調(diào)節(jié)平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘，使狹縫與目鏡視場中心的水平刻線重合，如圖8所示。圖8平行光管與望遠鏡共軸示意圖第15頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三一、調(diào)節(jié)分光計3、調(diào)節(jié)平行光管（3）調(diào)節(jié)縫寬適中（0.5mm左右）旋轉(zhuǎn)狹縫90o，使其與目鏡分劃板豎直刻線平行，調(diào)節(jié)狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪，使狹縫寬度適中，如圖9所示。圖9狹縫寬度調(diào)節(jié)示意圖第16頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三二、尋找最小偏向角1、按照棱鏡折射光路圖放置好三棱鏡：圖棱鏡折射光路圖，BC為三棱鏡的底面δ為折射光線的偏向角第17頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三二、尋找最小偏向角2、尋找折射光用光源照亮狹縫，根據(jù)折射定律判斷折射光的出射方向，同時移動望遠鏡觀察，可看到幾條平行的彩色譜線，即為折射光。

第18頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三二、尋找最小偏向角3、觀察偏向角的變化

慢慢轉(zhuǎn)動載物臺，同時注意譜線的移動情況，觀察偏向角的變化。順著偏向角減小的方向，緩慢轉(zhuǎn)動載物臺，使偏向角繼續(xù)減小，直至看到譜線移至某一位置后將反向移動，即為最小偏向角的位置。第19頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三三、測定最小偏向角的方向轉(zhuǎn)動望遠鏡支架，使綠色譜線位于分劃板的中央，調(diào)節(jié)望遠鏡微調(diào)螺絲，使望遠鏡內(nèi)的分劃板十字刻度線的中央豎線對準該綠色譜線中央，從游標“1”和游標“2”讀出該折射光線的角度。第20頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三四、測定入射光方向

移動望遠鏡支架，將望遠鏡對準平行光管，微調(diào)望遠鏡，將狹縫像準確地位于分劃板的中央豎直刻度線上，從兩游標讀出入射光線的角度??，重復測量8次。

第21頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三五、計算最小偏向角根據(jù)最小偏向角的方向，以及入射光的方向，即可計算最小偏向角：第22頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三六、計算待測棱鏡的折射率n對于已知頂角的三棱鏡，測量出某種譜線的最小偏向角，即可計算該待測棱鏡對這種譜線的折射率為：第23頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三實驗完成當實驗完成，所有實驗相關(guān)原始數(shù)據(jù)（包括每一測量量的儀器示值誤差）都已按要求記錄在預習報告的三線表中后，可示意教師檢驗自己的實驗數(shù)據(jù)。教師在檢查、核對完該同學的儀器狀態(tài)與數(shù)據(jù)無誤并簽字后，填寫好儀器使用登記表，整理好儀器，并收回椅子，方可離開實驗室第24頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三思考題：三棱鏡的折射率與哪些物理量有關(guān)？什么情況下會產(chǎn)生最小偏向角，對應的實驗現(xiàn)象？根據(jù)實驗現(xiàn)象判斷，折射率和光波長的關(guān)系如何？在測量最小偏向角的過程中改變?nèi)忡R的狀態(tài)，對實驗有沒有影響，為什么？第2