三棱鏡折射率的測定方法

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1、浙江師范大學(xué)學(xué)科論文題目分光計測三棱鏡折射率專業(yè)物理學(xué)課程普通物理實(shí)驗3教師許富洋組員翁振宇吳立足陳少明班級物理082學(xué)號081802320818023308180215編號二0一0年六月二日-11-分光計測三棱鏡折射率摘要：介紹了光學(xué)儀器以及如何使用分光計來測量三棱鏡的折射率，主要運(yùn)用三種方法：最小偏向角發(fā)、掠入射法和任意偏向角法，具體分析了各種方法的步驟、注意事項和它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最后對實(shí)驗得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)與分析。關(guān)鍵詞：分光計；折射率；頂角；最小偏向角光在真空中的傳播速度為c，在媒質(zhì)中的傳播速度u總是小于c，其比值c/u稱為該媒質(zhì)的折射率n。實(shí)際上，折射率n也體現(xiàn)該材料的折光性能

2、。而分光計是一種測量角度的精密儀器，如圖。其基本原理是，讓光線通過狹縫和聚焦透鏡形成一束平行光線，經(jīng)過光學(xué)元件的反射或折射后進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡物鏡并成像在望遠(yuǎn)鏡的焦平面上，通過目鏡進(jìn)行觀察和測量各種光線的偏轉(zhuǎn)角度，從而得到光學(xué)參量例如折射率、波長、色散率、衍射角等。而在本次實(shí)驗中，我們采用了最小偏向角發(fā)、掠入射法和任意偏向角法這三種方法來分別測量同一塊三棱鏡的折射率，比較它們之間的異同與優(yōu)劣勢，從而達(dá)到本次開放實(shí)驗的目的，開闊了我們的思維，增強(qiáng)了我們參與意識和主動性、創(chuàng)造性，提高了我們的學(xué)習(xí)興趣。1測量方法1.1對分光計的進(jìn)行調(diào)節(jié)（1）粗調(diào)調(diào)節(jié)載物臺下方的三個小螺釘，盡量使載物臺與刻度盤平行，調(diào)節(jié)

3、望遠(yuǎn)鏡和平行光管各自的仰角調(diào)節(jié)螺釘使它們的光軸與刻度盤平行。經(jīng)過粗調(diào)，使得調(diào)整的范圍大大縮小，提高實(shí)驗的效率。（2）細(xì)調(diào)A.為了使眼睛通過目鏡能夠清楚地看到分劃板上的刻線，先要對望遠(yuǎn)鏡的目鏡進(jìn)行調(diào)焦，確保在后續(xù)的操作中能看到清晰的像；B.將分劃板調(diào)到物鏡焦平面上，使得能夠把前面入射的平行光線聚焦在分劃板上；-11-C.放置雙面鏡在載物臺時讓雙面鏡置在某個螺釘上方，而且盡量使雙面鏡所在的面垂直平分另外兩個螺釘?shù)倪B線，這樣在調(diào)解時，只需調(diào)節(jié)另外兩個螺釘即可；D.望遠(yuǎn)鏡的綠十字像對于雙面鏡的兩個面的反射像在分劃板上都有偏上或偏下的情況，即說明望遠(yuǎn)鏡的不水平，我們可以運(yùn)用二分之一調(diào)節(jié)法，偏上或偏下

4、的距離的一半用兩個螺釘來共同調(diào)節(jié)，另一半距離用望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)，使得綠十字像與分劃板重合，轉(zhuǎn)過雙面鏡180°，用同樣的方法調(diào)節(jié)，之后反復(fù)調(diào)整可以使得兩個像在分劃板十字的引導(dǎo)下向中間靠攏并趨于重合；E.通過上一步驟，其中兩個螺釘已經(jīng)調(diào)節(jié)水平了，這一步驟只需調(diào)節(jié)另一個螺釘，把雙面鏡與螺釘?shù)南鄬ξ恢棉D(zhuǎn)動90°，用上述的方法即可；F.調(diào)節(jié)平行光管與載物臺的轉(zhuǎn)軸垂直，主要是調(diào)節(jié)平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘和光管俯仰角調(diào)節(jié)螺釘以及平行光管狹縫控制螺釘。1.2頂角的測量（1）自準(zhǔn)直法如下圖所示，用兩游標(biāo)來計量位置，分別稱為游標(biāo)1和游標(biāo)2，旋緊刻度盤下螺釘是望遠(yuǎn)鏡和刻度盤固定不動轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，是棱鏡AC面對

5、望遠(yuǎn)鏡，記下游標(biāo)1的讀數(shù)和游標(biāo)2的讀數(shù)。轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，再試AB面對望遠(yuǎn)鏡，記下游標(biāo)1的讀數(shù)和游標(biāo)2的讀數(shù)。游標(biāo)兩次讀數(shù)之差或者，就是載物臺轉(zhuǎn)過的角度，而且是角的補(bǔ)角。（2）棱脊分束法一束平行光由頂角方向射入，在兩光學(xué)面上分成兩束反射光。測出兩束反射光線之間的夾角，由幾何角關(guān)系可得到頂角A為。-11-實(shí)驗時，將待測棱鏡放在分光計載物小平臺上，使棱鏡的折射棱正對平行光管，并接近載物臺的中心位置，調(diào)節(jié)載物臺面平面與分光計主軸垂直，鎖緊載物臺和游標(biāo)盤，緩慢轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，用望遠(yuǎn)鏡尋找經(jīng)過棱鏡兩反射面反射回來的狹縫像，使狹縫像與分劃板中心豎線重合。記錄下望遠(yuǎn)鏡所處位置分別為Ⅰ和Ⅱ時的兩刻度盤讀數(shù)φ、φ1'

6、和φ2、φ2'，則望遠(yuǎn)鏡分別處于Ⅰ和Ⅱ位置時光軸的夾角為：1.3最小偏向角法如下圖，當(dāng)光線以入射角入射到三棱鏡的面上后相繼經(jīng)過棱鏡兩個光學(xué)面折射后,以角從出射。出射光線和入射光線的夾角稱為偏向角。對于給定三棱鏡，偏向角的數(shù)值隨入射角的變化而改變。當(dāng)入射角為某值時(或者與相等時)，偏向角將達(dá)到最小值，稱為最小偏向角，由幾何關(guān)系和折射定，可得它與棱鏡的頂角和折射率之間有如下關(guān)系：【1】-11-A.將待測三棱鏡放在載物平臺，調(diào)節(jié)平臺到適當(dāng)?shù)母叨?，使得從平行光管發(fā)出的平行光只有少部分能從三棱鏡的上方射入望遠(yuǎn)鏡；B.調(diào)節(jié)三棱鏡的位置使得平行光管的平行光以一定的角度入射到棱鏡的面；C.在面上調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡

7、使得可以接收并觀察出射光線；D.緩慢雙向調(diào)節(jié)三棱鏡的位置以改變?nèi)肷浣堑拇笮?，?dāng)轉(zhuǎn)到某一位置時，如果再往任意方向的微小轉(zhuǎn)動都使得偏向角變大，那么這個位置的極限位置就是可以得到最小偏向角的三棱鏡的位置，讀出出射光線的方向角度；E.轉(zhuǎn)動三棱鏡，讓入射平行光從另一面入射，在面接受出射光，重復(fù)上述步驟，讀出入射光線的方向角度?！?】在實(shí)際操作中，由于是實(shí)驗者動手實(shí)施的，最小偏向角法的的極限位置即拐點(diǎn)的定位比較難把握，只要有稍微的不