實驗15 用分光計測定三棱鏡折射率

實驗15用分光計測定三棱鏡折射率亡靈311300【實驗目的】1.了解分光計的主要構(gòu)造及各部分的作用。2.掌握分光計的調(diào)節(jié)要求和使用方法。3.光測光的色散現(xiàn)象。4.學習三棱鏡頂角的測量方法。5.學習用最小偏角法測定棱鏡材料的折射率?！緝x器用具】JJY型分光計、汞燈及電源、三棱鏡、平面反射鏡【實驗原理】1.用最小偏向角測定三棱鏡的折射率n如圖15-1所示，有一折射率為n的三棱鏡，一束平行光的單色光以入射角i1(入射光與AB面法線的夾角)入射到三棱鏡的AB面上，經(jīng)兩次折射后由另一面AC射出，出射角（出射光與AC面法線的夾角）為i2，入射光與出射光之間的夾角稱為偏向角，理論上可以證明，當入射角i1等于出射角i2時，入射光和出射光之間的夾角最小，稱為最小偏向角δ。圖15-1a由圖15-1a可知=（i1-r1)+(i2-r2）(15-1)光線從空氣入射到棱鏡，又從棱鏡出射到空氣，由折射定律，有（15-2）（15-3）當i1=i2時，由式（15-2）和式（15-3）得到，于是，式（15-1）可寫成（15-4）又因為即(15-5)由式（15-4）、式（15-5）有將上式代入式（15-2）并考慮到式（15-5），得(15-6)從式（15-6）可知，只要測出三棱鏡頂角A和最小偏向角，就可以計算出棱鏡玻璃對該波長的單色光的折射率。當入射光不是單色光時，雖然各種波長的光的入射角都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不同。對于一般透明材料來說，折射率隨波長的減小而增大，通常，手冊中給出的材料的折射率如果沒做特別標明的話，一般都是指該材料對波長為589.3nm的鈉黃光而言的。2.用反射法測定三棱鏡頂角的原理圖15-2所示為反射法測三棱鏡頂角的光路圖。一束平行光入射到三棱鏡上，被三棱鏡的兩個光學面反射，由幾何關(guān)系和光的反射定律得到，兩個光學面的反射光之間的夾角，其中A是三棱鏡的頂角。即只要測出，就可以得頂角(15-7)【實驗內(nèi)容與要求】按照實驗要求調(diào)整好分光計調(diào)整分光計滿足：=1\*GB3①望遠鏡能觀察平行光；=2\*GB3②平行光管能發(fā)射平行光；=3\*GB3③望遠鏡的光軸和平行光軸與儀器轉(zhuǎn)軸垂直。將三棱鏡按圖15-3所示的方法放置在載物臺上，用自準直調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)三棱鏡的AB,AC光學面垂直于望遠鏡光軸。（注意，此時只能調(diào)節(jié)載物臺下面的調(diào)平螺釘，不可再調(diào)望遠鏡）2.用反射法測定三棱鏡的頂角（1）將三棱鏡按圖15-2所示的方法放置在載物臺上，放置時注意讓三棱鏡的一個頂點盡量靠近載物臺中心，鎖定游標盤；（2）打開汞燈電源，使得從平行光管射出的平行光照射在三棱鏡的兩個光學面上；（3）鎖緊轉(zhuǎn)座與刻度盤鎖定螺釘，將望遠鏡轉(zhuǎn)到位置1，是望遠鏡視場中的叉絲對正經(jīng)三棱鏡AB面反射的平行光管的夾縫像，記錄游標盤上左、右游標的示數(shù)，然后將望遠鏡轉(zhuǎn)至位置2，使望遠鏡目鏡視場中的叉絲對正經(jīng)三棱鏡AC面反射的平行光管的夾縫像，再讀出望遠鏡在位置2時游標盤上左、右游標的示數(shù)，按照式（15-6）、式（15-7）計算和三棱鏡頂角A。3.用最小偏向角法測定三棱鏡的折射率（1）將三棱鏡按圖15-4所示的方法放置在載物臺上，放置時注意讓三棱鏡的一個頂點盡量靠近載物臺中心，并使光線能通過三棱鏡的兩個光學面；鎖緊望遠鏡與刻度盤鎖定螺釘，轉(zhuǎn)動望遠鏡尋找棱鏡折射光譜，觀察光的色散現(xiàn)象；(3)選擇綠光譜線作為測量對象，轉(zhuǎn)動游標盤帶動載物臺使該譜線向入射光方向移動，為不至于在望遠鏡中丟失光譜線，望遠鏡需向同方向移動，當觀察到譜線即將開始作反向移動時，鎖定游標盤；(4)轉(zhuǎn)動望遠鏡使叉絲對正譜線，此位置即對應于以最小偏向角出射的折射光方向，記錄游標盤上左、右游標的示數(shù)，然后拿走三棱鏡，將望遠鏡轉(zhuǎn)至入射光方向，叉絲對正白光譜線，再讀出望遠鏡在此位置時游標盤上左、右游標的示數(shù)，利用式（15-6）計算出轉(zhuǎn)角，此角即為最小偏向角；（5）為減小測量誤差，重復上面的測量（5次），取平均值作為綠光譜線的最小偏向角；（6）再選藍紫光譜線，重復上面的測量，計算藍紫光譜線的最小偏向角；（7）將計算出來得頂角A值和，值代入式（15-6），計算，并對結(jié)果進行分析比較?！咀⒁馐马棥抗療酎c亮之后須經(jīng)過十幾分鐘才能達到穩(wěn)定工作狀態(tài)；關(guān)掉之后須先拿開燈罩冷卻十幾分鐘才能再次起動。三棱鏡是精密光學器材，不可用手觸摸三棱鏡的光學面，以免弄臟或損壞。汞燈的紫外光很強，不可直視，以免灼傷眼睛。不同顏色的光其最小偏向角不同，需要分別測量。每次測量最小偏向角后，都需要測量光線的入射角。【思考問題】1