第一篇：教學章節(jié)：實驗24用分光計測定三棱鏡的折射率

教學章節(jié)：實驗24用分光計測定三棱鏡的折射率

教學內(nèi)容：

1、用分光計測定三棱鏡的折射率

2、分光計的調(diào)節(jié)要領

3、指導學生進行實驗操作、觀察實驗現(xiàn)象、測量并記錄實驗數(shù)據(jù)。教學學時：3學時

教學目的：

1、了解分光計的結(jié)構(gòu)，明確分光計的調(diào)整要求，掌握調(diào)整方法。

2、掌握測量正三棱鏡的頂角和最小偏向角，計算棱鏡的折射率。

教學重點、難點：

1、分光計的調(diào)節(jié)

2、最小偏向角的確定

教學方法、方式：講解、演示、學生操作教師指導。

教學過程：

一.、引入

折射率是物質(zhì)重要的光學特性常數(shù)，測定折射率的方法很多，這里介紹“棱鏡法”，并以此作為分光計調(diào)整和使用的練習。

二、實驗儀器介紹

⑴分光計；⑵雙面反射鏡；⑶低壓汞燈（共用）；⑷三棱鏡。

分光計是光學實驗中最基本的測角儀器，它精度高、結(jié)構(gòu)比較復雜。在利用光的反射、折射、衍射、干涉和偏振原理等各項實驗中作角度測量。

三、實驗原理講解

1、講解折射率計算公式各量的含義：

????A??sin?min?2?? n棱?Asin2

只要測出頂角A和對不同譜線的最小偏向角?min，即可按工式求出棱鏡對汞燈不同波長

譜線的折射率n。

透明材料的折射率是光波波長的函數(shù)，同一棱鏡對不同波長的光具有不同的折射率。所以當復色光經(jīng)棱鏡折射后，不同波長的光將產(chǎn)生不同的偏向角而被分散開來。通常在不考慮色散的情況下，棱鏡的折射率是對鈉光波長5.893?10-7m而言。

本實驗所用的光源為低壓汞燈，它們的波長分別是：

6.2344×10-7m橙5.7907×10-7m黃

5.7696×10-7m黃5.4607×10-7m綠

4.9160×10-7m綠藍4.3583×10-7m藍4.0778×10-7m藍紫4.0466×10-7m紫

其中：5.7907×10-7m（黃）、5.7696×10-7m（黃）、5.4607×10-7m（綠）、4.3583×10-7 m（藍）等為普通低壓汞燈的四條特征譜線。

2、數(shù)據(jù)處理

設三棱鏡頂角A?60??2?，讓最小偏向角?min用?暫代。

由公式（24-1）及不確定度的傳遞與合成公式得折射率n的不確定度為：

??n???n?Un??U????UA???????A?

2222???A??cos??sin?U???U?(24-4)???AA????2A2?sin2sin????22????

1n

又最小偏向角?min平均值：???i ni?1

最小偏向角?min的不確定度：U???A?U?B(24-5)其中

n??i????i?1?U?A?t?n(n?1)??U?b??儀?2??22??2(24-6)同理可計算出頂角A的不確定度UA?頂A?U頂B?

定度Un，再由公式：

Ur?22?0??2儀?2。把有關量代入（24-1）式和（24-4）式分別求三棱鏡對某種光的折射率的平均值n及其不確Un

n?100%（24-7）

求得相對不確定度Ur。最后寫出測量結(jié)果的表達式：

???n?n?Un(P?99%)（24-8）??Ur?

四、實驗操作要領講解

1．調(diào)整分光計

分光計是本實驗的主要測量儀器，它精度高、結(jié)構(gòu)復雜。關于分光計的調(diào)整和使用，在后面附錄中均有詳細的介紹，同學們在實驗之前必須認真閱讀。

目鏡調(diào)焦→粗調(diào)平臺水平→平臺上放置雙面反向鏡→望遠鏡對無限遠聚集→采用減半逼近法調(diào)水平→平行光管的調(diào)整

（邊演示邊講解）

2．最小偏向角?min的測量，要特別介紹最小偏向角的確定方法

?min?1?2??1?2???1?? 23、要求學生對藍、綠光進行三組數(shù)據(jù)測量，并列表記錄數(shù)據(jù)。

五、巡回指導，簽字

六、布置作業(yè)]

1.完成本次實驗報告。實驗數(shù)據(jù)處理完后，要對該實驗進行總結(jié)和誤差分析。2.預習下次實驗并完成預習報告。

第二篇：物理實驗報告《測定三棱鏡折射率》

【實驗目的】

利用分光計測定玻璃三棱鏡的折射率；

【實驗儀器】

分光計，玻璃三棱鏡，鈉光燈。

【實驗原理】

最小偏向角法是測定三棱鏡折射率的基本方法之一，如圖10所示，三角形?abc?表示玻璃三棱鏡的橫截面，ab和

ac是透光的光學表面，又稱折射面，其夾角a稱為三棱鏡的頂角；bc?為毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。假設某一波長的光線?ld?入射到棱鏡的?ab?面上，經(jīng)過兩次折射后沿?er?方向射出，則入射線?ld?與出射線?er?的夾角

稱為偏向角。

圖10

三棱鏡的折射

由圖10中的幾何關系，可得偏向角

(3)

因為頂角a滿足，則

(4)

對于給定的三棱鏡來說，角a是固定的，隨

和

而變化。其中

與、、依次相關，因此

實際上是的函數(shù)，偏向角

也就僅隨

而變化。在實驗中可觀察到，當

變化時，偏向角

有一極小值，稱為最小偏向角。理論上可以證明，當

時，具有最小值。顯然這時入射光和出射光的方向相對于三棱鏡是對稱的，如圖11所示。

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圖1

1最小偏向角

若用

表示最小偏向角，將

代入(4)式

得

（5）

或

（6）

因為，所以，又因為，則

（7）

根據(jù)折射定律

得，（8）

將式（6）、（7）代入式（8）得：

（9）

由式（9）可知，只要測出入射光線的最小偏向角

及三棱鏡的頂角，即可求出該三棱鏡對該波長入射光的折射率n

.【實驗內(nèi)容與步驟】

1．調(diào)節(jié)分光計

按實驗24一1中的要求與步驟調(diào)整好分光計。

2．調(diào)整平行光管

(1)去掉雙面反射鏡，打開鈉光燈光源。

(2)打開狹縫，松開狹縫鎖緊螺絲3。從望遠鏡中觀察，同時前后移動狹縫裝置2，直至狹縫成像清晰為止。然后調(diào)整狹縫寬度為1毫米左右（用狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪?1?調(diào)節(jié)）。

(3)調(diào)節(jié)平行光管的傾斜度。將狹縫轉(zhuǎn)至水平，調(diào)節(jié)平行光管光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲29，使狹縫像與望遠鏡分劃板的中心橫線重合。然后將狹縫轉(zhuǎn)至豎直方向，使之與分劃板十字刻度線的豎線重合，并無視差。最后鎖緊狹縫裝置鎖緊螺絲3。此時平行光管出射平行光，并且平行光管光軸與望遠鏡光軸重合。至此分光計調(diào)整完畢。

3．測三棱鏡的折射率

(1)將三棱鏡置于載物臺上，并使玻璃三棱鏡折射面的法線與平行光管軸線夾角約為?60度。

(2)觀察偏向角的變化。用光源照亮狹縫，根據(jù)折射定律判斷折射光的出射方向。先用眼睛（不在望遠鏡內(nèi)）在此方向觀察，可看到幾條平行的彩色譜線，然后慢慢轉(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。這說明偏向角存在一個最小值（逆轉(zhuǎn)點）。譜線移動方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)時的偏向角就是最小偏向角。

按

計算最小偏向角

（取絕對值）。

重復步驟?1~6，可分別測出汞燈光譜中各譜線的最小偏向角。

按式（9）計算出三棱鏡對各波長譜線的折射率。計算折射率?n?的數(shù)據(jù)表格3。

【數(shù)據(jù)記錄及處理】

表3

測量最小偏向角

鈉光波長（?）

第三篇：物理實驗報告測定三棱鏡折射率

物理實驗報告測定三棱鏡折射率

【實驗目的】

利用分光計測定玻璃三棱鏡的折射率；

【實驗儀器】

分光計，玻璃三棱鏡，鈉光燈。

【實驗原理】

最小偏向角法是測定三棱鏡折射率的基本方法之一，如圖10所示，三角形 ABC 表示玻璃三棱鏡的橫截面，AB和 AC是透光的光學表面，又稱折射面，其夾角a稱為三棱鏡的頂角；BC 為毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。假設某一波長的光線 LD 入射到棱鏡的 AB 面上，經(jīng)過兩次折射后沿 ER 方向射出，則入射線 LD 與出射線 ER 的夾角稱為偏向角。

圖10 三棱鏡的折射

由圖10中的幾何關系，可得偏向角

(3)

因為頂角a滿足，則

(4)

對于給定的三棱鏡來說，角a是固定的，隨 和 而變化。其中 與、、依次相關，因此 實際上是 的函數(shù)，偏向角 也就僅隨 而變化。在實驗中可觀察到，當 變化時，偏向角 有一極小值，稱為最小偏向角。理論上可以證明，當 時，具有最小值。顯然這時入射光和出射光的方向相對于三棱鏡是對稱的，如圖11所示。

圖11 最小偏向角

若用 表示最小偏向角，將 代入(4)式 得

（5）

或

（6）

因為，所以，又因為，則

（7）

根據(jù)折射定律 得，（8）

將式（6）、（7）代入式（8）得：

（9）

由式（9）可知，只要測出入射光線的最小偏向角 及三棱鏡的頂角，即可求出該三棱鏡對該波長入射光的折射率n.【實驗內(nèi)容與步驟】

1．調(diào)節(jié)分光計

按實驗24一1中的要求與步驟調(diào)整好分光計。

2．調(diào)整平行光管

(1)去掉雙面反射鏡，打開鈉光燈光源。

(2)打開狹縫，松開狹縫鎖緊螺絲3。從望遠鏡中觀察，同時前后移動狹縫裝置2，直至狹縫成像清晰為止。然后調(diào)整狹縫寬度為1毫米左右（用狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪 1 調(diào)節(jié)）。

(3)調(diào)節(jié)平行光管的傾斜度。將狹縫轉(zhuǎn)至水平，調(diào)節(jié)平行光管光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲29，使狹縫像與望遠鏡分劃板的中心橫線重合。然后將狹縫轉(zhuǎn)至豎直方向，使之與分劃板十字刻度線的豎線重合，并無視差。最后鎖緊狹縫裝置鎖緊螺絲3。此時平行光管出射平行光，并且平行光管光軸與望遠鏡光軸重合。至此分光計調(diào)整完畢。

3．測三棱鏡的折射率

(1)將三棱鏡置于載物臺上，并使玻璃三棱鏡折射面的法線與平行光管軸線夾角約為 60度。

(2)觀察偏向角的變化。用光源照亮狹縫，根據(jù)折射定律判斷折射光的出射方向。先用眼睛（不在望遠鏡內(nèi)）在此方向觀察，可看到幾條平行的彩色譜線，然后慢慢轉(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。這說明偏向角存在一個最小值（逆轉(zhuǎn)點）。譜線移動方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)時的偏向角就是最小偏向角。用望遠鏡觀察譜線。在細心轉(zhuǎn)動載物臺時，使望遠鏡一直跟蹤譜線，并注意觀察某一波長譜線的移動情況（各波長譜線的逆轉(zhuǎn)點不同）。在該譜線逆轉(zhuǎn)移動時，擰緊游標盤制動螺絲 27，調(diào)節(jié)游標盤微調(diào)螺絲 26，準確找到最小偏向角的位置。測量最小偏向角位置。轉(zhuǎn)動望遠鏡支架 15，使譜線位于分劃板的中央，旋緊望遠鏡支架制動螺絲 21，調(diào)節(jié)望遠鏡微調(diào)螺絲 18，使望遠鏡內(nèi)的分劃板十字刻度線的中央豎線對準該譜線中央，從游標 1 和游標 2 讀出該譜線折射光線的角度和。測定入射光方向。移去三棱鏡，松開望遠鏡制動螺絲 21，移動望遠鏡支架 15，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，從兩游標分別讀出入射光線的角度和。按 計算最小偏向角（取絕對值）。重復步驟 1~6，可分別測出汞燈光譜中各譜線的最小偏向角。按式（9）計算出三棱鏡對各波長譜線的折射率。計算折射率 n 的數(shù)據(jù)表格3。

【數(shù)據(jù)記錄及處理】

表3 測量最小偏向角

鈉光波長（?）次數(shù) 游標1 游標2

第四篇：分光計的調(diào)整和棱鏡折射率的測定-大學物理實驗

大學物理實驗

用分光計測棱鏡玻璃的折射率

一、實驗目的1、掌握分光計的測量原理及調(diào)節(jié)方法

2、用自準法測三棱鏡的頂角

3、用最小偏向角法測量棱鏡玻璃的折射率

重點：分光計的調(diào)節(jié)方法

難點：分光計的測量原理

平行光管出射的平行光射向三棱鏡的兩個光學表面，用望遠鏡分別接收兩表面的反射光，就可計算出兩束光的夾角Φ。由幾何關系可以證明Φ與三棱鏡頂角A的關系為Φ = 2A

1.反射法測三棱鏡頂角

二、實驗原理

2.最小偏向角法測棱鏡玻璃的折射率

平行光l1射向頂角為A的三棱鏡的側(cè)面AB，經(jīng)過折射后由另一側(cè)面AC射出，入射光l1與折射光l2的夾角δ稱為偏向角。根據(jù)圖中的幾何關系與折射定理可得如下關系

2.最小偏向角法測棱鏡玻璃的折射率

由上式可知，只要測出最小偏向角δmin和三棱鏡頂角A，就可以計算出棱鏡玻璃的折射率n。

三、實驗儀器

JJY型分光計

雙面鏡

三棱鏡

汞燈及電源

分光計的基本構(gòu)造

四、實驗內(nèi)容

1、調(diào)節(jié)分光計

（1）調(diào)節(jié)的基本要求

分光計的調(diào)節(jié)有“三垂直”的幾何要求和“三聚焦”的物理要求。

（2）調(diào)節(jié)的步驟

1）目測粗調(diào)“三垂直”

2）調(diào)叉絲對目鏡聚焦

3）調(diào)望遠鏡對無窮遠聚焦

4）調(diào)望遠鏡主光軸與分光計主軸垂直

5）調(diào)載物臺平面與分光計主軸垂直

6）調(diào)節(jié)狹縫對平行光管物鏡聚焦

7）調(diào)節(jié)平行光管主光軸與分光計主軸垂直

2、用反射法測量三棱鏡的頂角A3、測量最小偏向角

用反射法測量三棱鏡的頂角

測量最小偏向角

入射光波長

1、在實驗中，拿放光學器件時，要輕拿輕放，注意不要用手接觸光學面。

2、在轉(zhuǎn)動望遠鏡時，不要直接轉(zhuǎn)鏡筒，而是轉(zhuǎn)動望遠鏡下面的支架。

3、在測量偏轉(zhuǎn)角度時，一定要固定度盤和望遠鏡，讓它們儀器轉(zhuǎn)動。

五、實驗注意事項

六、思考題

1、能否直接通過三棱鏡的兩個光學面來調(diào)望遠鏡主光軸與分光計主軸垂直？

2、轉(zhuǎn)動望遠鏡測角度之前，分光計的哪些部分固定不動？望遠鏡應和什么盤一起轉(zhuǎn)動？

3、通過實驗，你認為分光計調(diào)節(jié)的關鍵在何處？

“三垂直” 是指載物臺平面、望遠鏡的主光軸、平行光管的主光軸必須與分光計主軸垂直?！叭劢埂笔侵覆娼z對目鏡聚焦，即在目鏡能看到清晰的叉絲像；望遠鏡對無窮遠聚焦，即平面鏡返回清晰的綠十字像；狹縫對平行光管物鏡聚焦，即在望遠鏡中看到清晰的狹縫的像。

1、調(diào)節(jié)望遠鏡水平調(diào)節(jié)螺釘

3、調(diào)節(jié)平行光管的水平調(diào)節(jié)螺釘

2、調(diào)節(jié)載物臺水平調(diào)節(jié)螺釘

目測粗調(diào)“三垂直”

調(diào)節(jié)叉絲對目鏡聚焦

打開電源，讓照明小燈照亮望遠鏡視場。旋轉(zhuǎn)目鏡，改變目鏡與分劃板之間的距離，同時眼睛從目鏡中觀察，直到看到的叉絲變清晰，此時叉絲正好位于目鏡的焦平面上。調(diào)望遠鏡對無窮遠聚焦

將雙面鏡放置于載物臺上，放置時，雙面鏡兩鏡面的對稱軸線要與載物臺上某一條刻線重合（如右圖）。轉(zhuǎn)動載物臺，使雙面鏡的某一面對準望遠鏡，觀察望遠鏡內(nèi)的分劃板上有無綠色十字像。

若無，則適當調(diào)節(jié)鏡面的俯仰角度，以使十字像出現(xiàn)在望遠鏡視場中。松開目鏡鎖緊螺釘，伸縮分劃板套筒，調(diào)節(jié)分劃板與物鏡間的距離，直到綠色十字像最清晰并與叉絲無視差為止。經(jīng)目測粗調(diào)后，從雙面鏡的兩個反射面都能看到十字像。用“減半”調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)載物臺下的調(diào)平螺絲和望遠鏡高低調(diào)節(jié)螺絲，達到從雙面鏡的兩個反射面反射回來的十字像都與分劃板的上十字線重合。

調(diào)節(jié)望遠鏡主光軸與分光計主軸垂直

減半調(diào)節(jié)法

每次讓十字像向分劃板上十字線靠近一半，轉(zhuǎn)過180°后，再靠近一半。對于每一個反射面的每一次調(diào)節(jié)都必須是：載物臺和望遠鏡各調(diào)一半。如此反復調(diào)節(jié)，可較快的使十字像與分劃板上十字線重合。

調(diào)節(jié)載物臺平面與分光計主軸垂直

將雙面鏡轉(zhuǎn)到與載物臺刻線垂直的方向(如右圖),然后調(diào)節(jié)載物臺的水平螺釘C,使綠色十字像與調(diào)節(jié)用叉絲完全重合．

調(diào)節(jié)狹縫對平行光管的物鏡聚焦

松開鎖緊螺釘,伸縮狹縫套筒,直到從望遠鏡中看到的狹縫像最清晰且與叉絲無視差為止調(diào)節(jié)平行光管主光軸與分光計主軸垂直

松開平行光管鎖緊螺釘，將平行光管旋轉(zhuǎn)90度，使狹縫像變成水平，然后調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)螺釘，使狹縫的像與測量用叉絲水平線重合．

平行光管出射的平行光射向三棱鏡的兩個光學表面，用望遠鏡分別接收兩表面的反射光，就可計算出兩束光的夾角Φ。由幾何關系可以證明Φ與三棱鏡頂角A的關系為Φ = 2A

1.反射法測三棱鏡頂角

分光計的測量原理

δ ＝(?α2-α1?+?β2-β1?)/2

平行光管

平行光管

第五篇：分光計的調(diào)節(jié)與折射率的測定

分光計的調(diào)節(jié)與折射率的測定

實驗十八分光計的調(diào)節(jié)與折射率的測定 Experiment 18Adjustment of spectrometers and measurement of refractive

實驗目的掌握分光計的測量原理及調(diào)節(jié)方法用最小偏向角法測定三棱鏡材料的折射率 實驗儀器本次實驗用到的儀器有分光計、平面鏡、三棱鏡和鈉光源。

分光計（又名分光測角儀）是用來精確測量角度的儀器。

分光計是光學實驗的基本儀器之一，通過角度的測量可以計算媒質(zhì)折射率、光波波長等相關的物理量，檢驗棱鏡的棱角是否合格、玻璃磚的兩個表面是否平行等。1.分光計的結(jié)構(gòu)

2.分光計的調(diào)節(jié)測量前應調(diào)節(jié)分光計，達到：望遠鏡聚焦到無窮遠，望遠鏡的光軸對準儀器的中心轉(zhuǎn)軸并與中心轉(zhuǎn)軸垂直。平行光管出射平行光，且光軸與望遠鏡的光軸共軸。待測光學元件的表面與中心轉(zhuǎn)軸平行。1 目視粗調(diào)⑤調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘②平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘望遠鏡支架松開望遠鏡水平調(diào)節(jié)螺釘游標盤鎖緊螺釘③調(diào)節(jié)鎖緊載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘載物臺升降鎖緊螺釘①移動底座④松開望遠鏡鎖緊螺釘載物盤水平、望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)的特例平面鏡兩側(cè)面的反射像同時位于 d d或時，只需調(diào)節(jié)載物盤的水平調(diào)節(jié)螺釘平面鏡兩側(cè)面的反射像分別位于 d d和時，只需調(diào)節(jié)望遠鏡的俯仰調(diào)節(jié)螺釘2 用自準直法將望遠鏡調(diào)焦到無窮遠⑵⑶⑴反射像叉絲像透光窗伸縮目鏡筒分劃板視場旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)節(jié)鼓輪觀察不到反射像的原因目鏡中觀察到的叉絲和透光窗中黑色十字的像模糊。（轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)節(jié)鼓輪）望遠鏡沒有聚焦于無窮遠。（松開目鏡筒鎖緊螺釘，前后移動目鏡筒）平面反射鏡的鏡面與望遠鏡的光軸不垂直。俯視側(cè)視轉(zhuǎn)動載物臺或望遠鏡調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰或載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘3 調(diào)節(jié)望遠鏡光軸與中心轉(zhuǎn)軸垂直①放置平面鏡②撥動游標盤③調(diào)節(jié)載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘或望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘載物盤水平、望遠鏡俯仰的各半調(diào)節(jié) d調(diào)節(jié)載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘 d/2 調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘 4 調(diào)節(jié)平行光管平行光管由狹縫和準直透鏡組成。狹縫鎖緊螺釘俯仰調(diào)節(jié)螺釘①②③松開狹縫鎖緊螺釘轉(zhuǎn)動狹縫轉(zhuǎn)動狹縫前后移動狹縫調(diào)節(jié)平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘鎖住狹縫鎖緊螺釘 3.分光計的測量原理平行光管平行光管α1 α2 β1 β2望遠鏡δ望遠鏡δ＝α2-α1β2-β1/2 讀數(shù)方法游標窗口游標盤主刻度盤 23313偏心差主刻度盤游標盤最小偏向角法測三棱鏡折射率 min時 min A sin n 2 A sin 2 A動畫演示如何找最小偏向角動畫演示如何測量最小偏向角δmin ＝α2-α1β2-β1/2 數(shù)據(jù)處理要求計算三棱鏡對鈉光的最小偏向角δmin，寫出測量結(jié)果。計算三棱鏡對鈉光（波長589.3nm）的折射率n，寫出測量結(jié)果。