分光计实验报告

分光计实验报告

实验名称：分光计

目的要求

1. 了解分光计的结构、作用和工作原理
2. 掌握分光计的调节要求、方法和使用规范
3. 用分光计测定三棱镜的顶角
4. 用掠入射法测定玻璃的折射率
5. 用三棱镜的最小偏向角法测定玻璃的折射率

仪器用具

3号仪器：分光计、玻璃三棱镜、钠光灯、平面反射镜、毛玻璃

实验原理

1. 测定玻璃三棱镜的顶角

当三棱镜主载面与仪器转轴垂直时，由光路图可知，当入射光沿垂直AB、AC方向入射时，其夹角。故顶角。为消除偏心差提高精度，我们读两次数，则有：

2. 用掠入射法测定玻璃的折射率

用单色光（钠黄光）照射顶角为A的三棱镜，入射角为i，经两次折射后以Φ角射出。则根据下页图，由折射定律我们有：
其中no为空气折射率，可近似为1；n为玻璃折射率。
由r和r’的几何关系得到：
掠入射时，因此我们有折射率的公式：

3. 用三棱镜的最小偏向角法测定玻璃的折射率

如图所示，光线经三棱镜折射产生偏向角，当光路关于棱镜中截面对称时，δ最小，为δm，设顶角A，空气折射率为。

则：

实验内容

1. 调光路

a) 调节望远镜聚焦于无穷远。旋转望远镜目镜可使分划瓣上“”刻线清晰。调节镜筒可使平面镜反射回来的“＋”在分划板上成像清晰。此时望远镜聚焦于无穷远。
b) 调节望远镜光轴垂直于仪器转轴。调节载物台调平螺钉及望远镜仰角调节螺钉，最终使平面镜转动180°前后反射回来的“＋”都与“”刻线上面的那个“＋”重合。调节时可先使平面镜与三个螺钉中的两个的连线共面，调节第三个螺钉，完成后将平面镜转90°再次调节，此时不应再动望远镜的仰角螺丝。
c) 调节平行光管产生平行光。粗调平行光管使其与望远镜共轴，对准光源后再细调，使狭缝的像清晰并与“”刻线中的竖线平行。
d) 调节平行光管仰角螺丝使狭缝的像在目镜中关于中线对称。则平行光管光轴与转轴垂直。

2. 测三棱镜顶角

将三棱镜置于载物台上，使其一侧面与望远镜光轴垂直。调节载物台平面使棱镜面反射回来的“＋”与“”刻线上的上面那个“＋”重合。再转动载物台至另一镜面同样调节。反复调节使“＋”始终落与“”刻线的上面那个“＋”。读出两次望远镜垂直于镜面时的刻度。

3. 掠入射法测玻璃折射率

目测使光源光线与棱镜一面平行。在光源前加毛玻璃得到单色扩展光源。旋转望远镜观察折射光，当刻线与折射光明暗分界线重合时记录刻度值。再使望远镜垂直棱镜寻找法线刻度值。

4. 测最小偏向角

将平行光管对准光源，望远镜与平行光管位置关于棱镜对称。从目镜观察折射光，旋转棱镜对观察折射光在目镜中的移动，当其向一边移动达到极值时固定棱镜，再旋转望远镜使期中“” 刻线中线对准折射光。记录此时刻度值。保持平行光管不动，旋转望远镜直接观察平行光，记录刻度值。

实验数据

1. 三棱镜顶角A

三棱镜顶角A测量数据
其中的值由公式得到。由于刻度盘有时绕过的方向不同，有时测得的是A有时是，由计算得：

2. 掠入射法测得的折射率n

掠入射法测得的折射率n数据
代入公式，计算得玻璃折射率：

3. 最小偏向角法测得的折射率n

三棱镜的最小偏向角法测定玻璃的折射率n数据
代入公式，计算得玻璃折射率：

分析与讨论

虽然实验课本里一再强调光路的平行对实验的影响多么多么重要，但是在真的动手做起来的时候，却发现没有多少人真的那么认真的对待这个问题。每个分项目都要重新调节一次光路的平行，可见实际上是没有一次为真正平行的，而只是某个侧面上接近平行而已。另外第三号实验仪器的位置不太好，在寻找明暗分界线的时候是一种折磨，最后竟然还要走到桌子缝里才能看到。

实验目的

着重训练分光计的调整技术和技巧，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角，计算出三棱镜材料的折射率。

实验原理

1）分光计的调节原理。（此项在实验的步骤中，针对每一步详细说明。）
2）测折射率原理：
实验要求：调整要求：①平行光管发出平行光。当i＝i时，δ为最小,此时
设棱镜材料折射率为n，则
故
由此可知，要求得棱镜材料折射率n，必须测出其顶角Ａ和最小偏向角。
②望远镜对平行光聚焦。
③望远镜，平行光管的光轴垂直一起公共轴。
④调节动作要轻柔，锁紧螺钉锁住即可。
⑤狭缝宽度1mm左右为宜。

实验器材

分光计、三棱镜、水银灯光源、双面平行面镜。

实验步骤

1. 调整分光计：
   （1） 调整望远镜：
   ａ目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。
   ｂ调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。
   ｃ调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。
   （2） 调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将出射平行光。

2. 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴。
   （1）调整载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，是镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。
   （2）接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光，转动载物台，在望远镜中观察从侧面AC和AB返回的十字象，只调节台下三螺钉，使其反射象都落在上十子线处。

3. 测量顶角A：转动游标盘，使棱镜AC正对望远镜记下游标１的读数和游标２的读数。再转动游标盘，再使AB面正对望远镜，记下游标１的读数和游标２的读数。同一游标两次读数误差或，即是载物台转过的角度，而是Ａ角的补角，A＝。重复操作两次，记下数据。

4. 测量三棱镜的最小偏向角。
   （1）平行光管狭缝对准前方水银灯。
   （2）把载物台及望远镜转至（1）处，找出水银灯光谱。
   （3）转动载物台，使谱线往偏向角减小的方向移动，望远镜跟踪谱线运动，直到谱线开始逆转为止，固定载物台。谱线对准分划板。
   （4）记下读数和转至（2），记下读数和，有

原始数据如下：
1．顶角的测量及处理：

综上观之,显然取时,其在平均值两侧波动较小,取得的更符合“真值”。且其标准差
经带入,解得:
16″。
取置信概率为0.95时,查表得: t=4.30。
因为用刻度盘及游标盘测量角度时,最大允差属于均匀分布, 所以
B类不确定度
1′/
35″。
且
由于 A=,
可得:
59°56′50″。
所以
1′37″
2．最小偏向角的测量及处理：
测量次数为一次。
=51°19′00″
B类不确定度
1′/
35″。
即
=35″
所以，根据合成公式
=0.0003
=0.0002
则
=0.0013
59°56′50″
=51°19′00″
=1.6520
综上
n=1.6520
0.0013 p=0.95

实验结论

通过两次实验，对分光计有了一定的了解，掌握了一定的调整技术，对数据的处理更加熟练，同时完成了物理量的测量与数据处理任务，并求出三棱镜的折射率 n=1.6520
0.0013 ，p=0.95 。