分光计是一种精确测量光线偏折角度的常用光学实验仪器。光线在传播过程中，遇到不同媒质的分界面（如平面反射镜、三棱镜等光学表面）发生反射和折射，从而改变传播方向，在入射光和反射光或折射光之间有一定的夹角，它们的关系遵循反射定律、折射和衍射定律。借助分光计并利用反射、折射、衍射等物理现象，可完成全偏振角、晶体折射率、光波波长等物理量的测量，其用途十分广泛。近代摄谱仪、单色仪等精密光学仪器也都是在分光计的基础上发展而成的。  分光计装置结构精密，调整操作技术较复杂，使用时必须按要求仔细调整，才能获得较高精度的实验结果。本实验以常用的JJY型分光计为例，介绍分光计的结构和调整方法，并使用分光计测量三棱镜的顶角、最小偏向角。此外，学会分光计的调整原理、方法和技巧，有助于调整和使用单色仪、摄谱仪等更复杂的光学仪器。

3.4 常用仪器使用实验

 4．调节平行光管  用已调好的望远镜作为基准，正对平行光管观察。用光照亮狭缝，调节平行光管狭缝与会聚透镜的距离，在望远镜中能看到清晰的狭缝的像，移动眼睛观看，狭缝像与分划板无视差，这时平行光管发出的光就是平行光。然后调节平行光管的斜度调节螺丝，使狭缝在分划板处的像居中，上下对称（初学者可使狭缝转过90°，观察狭缝像是否与分划板水平直径重合，不重合需调节平行光管的斜度调节螺丝，达到重合后，将狭缝再转至垂直位置，此过程中应注意狭缝对透镜的距离不能改变，若有变化，应再调节，直到成像清晰且无视差）。调节完成后，则平行光管光轴与望远镜光轴重合，并均垂直与转轴。测量时狭缝要细，这样读数位置较准确。  平行光管调节的总体要求就是狭缝清晰，居中，缝宽适当，无视差。 经过以上调整，分光计达到了良好的使用状态。

 1. 自准直法  图3.4-26为自准直法测顶角的原理图。将望远镜垂直对准AB面，根据自准直原理，目镜中的亮十字应成像在分划板上方水平线与竖直线的交叉点上，此时通过两个相对的游标，读取望远镜的方位角1θ和 2θ；再将望远镜垂直对准AC面，同样从相对的两个 游标读取到对应于AC面的方位角′θ1和′ θ2，两个方位角之差即为顶角α的补角?，即有

   )(2

1 180

18022 1

1θθ

θθ?α?′+?′?°=?°=              （3.4-14）  2.反射法  图3.4-27为反射法测顶角的原理图。将三棱镜 三棱镜顶角测量原理  Tα φ o A B C T1 1   图3.4-26 自准直法测顶角  β     图3.4-27  反射法测顶角

3.4 常用仪器使用实验

 放到载物平台上，使平行光管射出的光束同时投射到棱镜的两个折射面上，光线分别由AB面和AC反射，转动望远镜观察AB面反射的狭缝像，使之与分划板竖直线重合，读出望远镜方位角θ3和θ4。 同样望远镜正对AC面的反射光时，读取另一组数值θ'3和θ'4。则由图3.4-26看出，三棱镜的顶角为

           )(4 1 2 4433 θθθθβ α?′+?′= =                （3.4—15）     分光计、三棱镜、双面反射镜、钠光灯、汞灯、白炽灯。    1．分光计的调整  （1）观察分光计，了解其结构，对照仪器结构图和实物熟悉调节装置的位置，掌握各调节螺丝的作用。  （2）按照前面所述调整方法，将分光计调至： ① 双面镜反射回来的十字像清晰与叉丝无视差；  ② 双面镜正、反两面反射回来的十字像均与上叉丝重合，且转动平台过程中十字像沿上叉丝移动；  ③ 狭缝像清晰与叉丝无视差，且其中点与中心叉丝等高。  2．测定三棱镜顶角  （1）调整三棱镜  将待测三棱镜按图3.4-28所示的位置摆放到载物平台上，首先调平台螺钉a、b或c（望远镜已经调好，不能再调节倾斜度螺丝），使三棱镜的两个反射面AB、AC与望远镜的光轴垂直。  （2）用自准直法测三棱镜顶角α，反复测量6次，数据表格自拟。根据实验数据，计算出三棱镜的顶角 α。  （3）用反射法测三棱镜顶角，测量6次，数据表格自拟。根据实验数据，计算出三棱镜的顶角α。

实验内容及要求

 实验器材

a c b o A B C    图3.4-28  三棱镜放置方法

3.4 常用仪器使用实验

 3．测定三棱镜对单色光的最小偏向角minδ，进而计算其折射率n  将三棱镜按图 3.4-29所示放在载物平台上，用钠灯照亮平行光管狭缝，出射平行光由D方向照射到棱镜AB折射面上，经棱镜二次折射由AC折射面出射，用眼睛观察，微微转动游标盘（带动载物平台一起转动），观察到出射光G。再用望远镜观察该光线，继续缓慢转动游标盘，使其向偏向角小的方向移动，当看到光线移至某一位置而向反向移动，则逆转处即为最小偏向角的位置。用望远镜分划板竖直线对准出射光，记录两游标所示方位角度数θ和θ′。  移去三棱镜，将望远镜对准平行光管，使望远镜分划板竖直线与狭缝像重合，记录两个游标的示数0θ和0 θ′。

则由()00min2 1 θθθθδ?+′?′= 式计算出minδ的值。重复测量6次，数据表格自拟。由minδ的平均值和顶角α值，计算三棱镜的折射率（公式推导见选读部分）

 2 sin 2sinminα αδ+= n                              （3.4-16）  若将钠灯换成汞灯，可分别测定棱镜对汞灯光谱中各单色谱线的最小偏向角，进而计算出棱镜对各色光的折 射率，并加以比较，说明折射率与光波波长间的关系。  如果将光源换为白炽灯，则可观察白炽灯光谱，可与汞灯光谱进行比较。    对于以上测量结果进行误差分析，导出三棱镜顶角α的不确定度，最小偏向角minδ以及折射率n的不确定度的公式。设分光计测角的极限误差为1' ，估算出n的不确定度。

 分析与思考

A BC i

1 i

4 DG O E F i2 i3 δ α 图3.4-29  最小偏向角法  注意：转动过程中游标若跨过了0°线，读数 应相应加上或减去360°。    注意：应先将角度换算成弧度再计算。  

3.4 常用仪器使用实验

 分光计的调整比较复杂，通过实际操作认真体会调整过程，若用未达到调整要求的分光计测角度，对实验结果会带来什么影响？      分光计是光学实验常用的精密仪器，构造较复杂，调整起来是有一定困难的，但是只要按要求去做，掌握调整方法，认真细致，最终都能达到要求。从实验中应体会到，精密仪器必须经过精心调整，才能真正发挥仪器测量精密度高的作用。因此仪器的调整是本实验的主要组成部分。  在调整好的仪器上，配合使用不同的光学元件可以进行多种测量，实验中根据自准直方法，反射定理和折射定理可测得三棱镜的顶角、最小偏向角，进而计算出折射率；根据光栅衍射在已知光波长时，可测得光栅常数，反之，可测出单色光的波长。等等。  ??????????????????????????????????????????????????????                   1.最小偏向角的推导  根据图3.4-30中的几何关系，δ=(i1-i2)+(i4-i3) 。三棱镜的顶角为   α=i2+i3                 （3.4-17） 得到偏向角  δ=(i1+i4)-α              （3.4-18）  对给定的棱镜来说，顶角α是固定的，δ随i1和i4而变化，而i4是i1的函数，所以偏向角δ仅随i1而变化。在实验 中可观察到，当i1变化时，δ有一极小值，叫做最小偏向角。当入射角i1满足什么条件时，δ才处于极值呢？可按求极值的办法来推导。令dδ/di1=0，则由式（3.4-18）得：

                      11 4 ?=didi                                （3.4-19） 再利用式（3.4-17）和两折射面处的折射条件                     3 421isinnisinisinnisin==                          （3.4-20）  得到  选读

 归纳与小结

A BC i1 i4 D GO EF i2 i3 δα   图3.4-30 最小偏向角推导

3.4 常用仪器使用实验

      3 222 23 22222 2 321 4312233414)1(1)1(1sin1cossin1coscoscos)1(coscostginitgniniiniiniiindidididididididi?+?+? =??? =× ?×=××=        （3.4-21）  将式（3.4-21）与式（3.4-19）比较，有tgi2=tgi3。而在棱镜折射的情形下，i2和i3

均小于 2 π ， 故有i2=i3，代入式（3.4-20），得到i1=i4。可见，δ具有极值的条件是：                     i2=i3  或  i1=i4                           （3.4-22） 当i1=i4时，δ具有极小值。显然，这时入射光和出射光的方向相对于棱镜是对称的。若用δmin来表示最小偏向角，将式（3.4-22）代入式（3.4-22）得到  δmin=2i1-α，或                i1=(δmin+α)/2  而α=i2+i3=2i2，i2=α/2。于是棱镜对该单色光的折射率n为

             2 22 1 α α δsin sin isinisinnmin+==                       (3.4-23)    2. 刻度盘中心与分光计中心不同轴的系统误差及消除  由于仪器中心轴和刻度盘中心在制造及装配时，不可能完全同心，而且轴套之间也总存在间隙，因此分光计的刻度盘中心O1与游标盘的中心O2不重合。游标盘上设有两个相隔180°的游标，A、B是其零线。设A、B在刻度盘上所示数值为a1和b1，当望远镜转过角θ，此时A、B所示数值分别为a2、b2。由于刻度盘上的示数是按O1为中心分度的，则有  ?12aaA?=? ?12bbB?=?  显然这两个数值都与望远镜转过的角度θ不完全一致，但从图3.4-31中可看出

             2 /)(2/)(12121bbaaBA?+?=+=+=??ααθ   由上式可以看出，利用两个相隔180°的游标，测量时，同时从两个游标读数并分别计算望远镜所转过的角度，然后取平均即可得到实际转角θ

且消     图3.4-31  不同轴引起的系统误差

1234567890ABCDEFGHIJKLMNabcdefghijklmn!@#$%^&&*()_+.一三五七九贰肆陆扒拾，。青玉案元夕东风夜放花千树更吹落星如雨宝马雕车香满路凤箫声动玉壶光转一夜鱼龙舞蛾儿雪柳黄金缕笑语盈盈暗香去众里寻他千百度暮然回首那人却在灯火阑珊处

你可能喜欢

分光计测量三棱镜顶角 棱镜折射率的测定 示波器使用大学物理实... 大学物理实验思考题答... 模拟静电场实验 高等数学公式费 光波波长 杨氏模量实验报告

分光计测量三棱镜顶角实验报告4页免费

大一物理实验模板之分光计测量三棱镜顶角5页2财富值

分光计调节及三棱镜顶角测量数据处理范例2页免费

分光计测量三棱镜顶角7页2财富值

分光计调整及三棱镜顶角测量13页2财富值

更多与“分光计测量三棱镜顶角”相关的文档>>

?2013 Baidu 使用百度前必读 | 文库协议

0 财富值加入会员！获取文档下载券

/11