分光計(jì)的調(diào)整與使用2.doc

分光計(jì)的調(diào)整與使用分光計(jì)是物理實(shí)驗(yàn)中常用的光學(xué)儀器之一，它是在光的反射、折射、干涉和偏振等各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中測(cè)量角度的精密光學(xué)儀器，用它可以測(cè)量折射率、色散率、光的波長(zhǎng)等等。分光計(jì)的基本部件和調(diào)節(jié)原理與其他較復(fù)雜的光學(xué)儀器如攝譜儀、單色儀有很多相似之處。因此，學(xué)習(xí)和使用分光計(jì)可以為今后使用更為精密的光學(xué)儀器打下基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)三棱鏡折射率的測(cè)定，學(xué)習(xí)分光計(jì)的調(diào)整與使用方法。玻璃折射率的測(cè)定有很多方法，其中在分光計(jì)上采用最小偏向角法、多頂角法及極限出射角法測(cè)量，可達(dá)到較高的精度。本實(shí)驗(yàn)介紹用最小偏向角法測(cè)棱鏡折射率的方法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解分光計(jì)的構(gòu)造，學(xué)習(xí)分光計(jì)的調(diào)整和使用方法。2. 學(xué)會(huì)測(cè)定三棱鏡折射率的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器JJ Y型分光計(jì)、鈉光燈、三棱鏡。三、實(shí)驗(yàn)原理如圖4-14-1所示，三角形ABC是三棱鏡的截面，AB、AC是透光的光學(xué)表面，又稱折射面，其夾角稱為三棱鏡的頂角。BC是毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。假設(shè)有一單色光線沿P方向入射到棱鏡AB面上，經(jīng)過(guò)兩次折射后在AC面沿方向射出，P方向與方向的夾角稱為偏向角。 圖4-14-1 棱鏡的折射 由圖4-14-1中的幾何關(guān)系可得 （4-14-1） (4-14-2)所以 (4-14-3) 對(duì)給定的棱鏡來(lái)說(shuō)是不變的，而則隨人射角i1 的改變而變化。當(dāng)i1變化到某一值時(shí)，有一極小值，稱為最小偏向角min。通過(guò)求極值的方法，可得出極小值的條件是 （4-14-4）代入式（4-14-1）、（4-14-2）和式（4-14-3）得 （4-14-5）設(shè)棱鏡的折射率為n，由折射定律可得： （4-14-6）由此可見(jiàn)，只要測(cè)出棱鏡的頂角和最小偏向角min，便可按上式算出棱鏡的折射率n。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 調(diào)節(jié)分光計(jì) 分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法見(jiàn)第二章。 2. 測(cè)量三棱鏡的頂角(1) 將三棱鏡放在載物平臺(tái)上，其放法如圖4-14-2所示，使三棱鏡的毛面BC垂直于載物臺(tái)上面的線段OB3，目的是在調(diào)節(jié)中盡可能減少相互影響。圖4-14-2 棱鏡放法示意圖 圖4-14-3 頂角測(cè)量示意圖(2) 使棱鏡兩光學(xué)面分別與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)三棱鏡的一個(gè)光學(xué)面AB，從望遠(yuǎn)鏡中可看到綠色亮十字像。調(diào)節(jié)載物臺(tái)螺釘B1，使綠色亮十字像處于十字叉絲的上交點(diǎn)（注意望遠(yuǎn)鏡已調(diào)好，不能再調(diào)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡光軸高低調(diào)節(jié)螺釘）。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)棱鏡另一光學(xué)面AC，再調(diào)平臺(tái)螺釘B2，使綠色亮十字像處于十字叉絲的上交點(diǎn)。反復(fù)調(diào)整，直至無(wú)論望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)AB或AC面，綠色亮十字像都處于黑色十字叉絲的上交點(diǎn)。(3) 讀數(shù)。上述步驟完成時(shí)（望遠(yuǎn)鏡光軸分別垂直AB面和AC面）, 使望遠(yuǎn)鏡光軸垂直AB面，綠色亮十字像處于黑色十字叉絲的上交點(diǎn)，從左右刻度圓盤(pán)讀數(shù)分別為、，則頂角3. 測(cè)量最小偏向角(1) 用鈉光燈照亮平行光管的狹縫，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)使平行光管出來(lái)的光入射到棱鏡的AC面,如圖4-14-4所示。(2) 用眼睛在折射方向找到狹縫的像，然后從望遠(yuǎn)鏡中觀察此像，并邊輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)邊觀察，便可看到狹鍵的像沿一個(gè)方向移動(dòng)。當(dāng)載物臺(tái)轉(zhuǎn)到某一個(gè)位置時(shí)，狹鍵的像將向反方向移動(dòng)，這個(gè)反方向移動(dòng)的轉(zhuǎn)折位置就是最小偏向角的位置。（3）讀數(shù)。找出最小偏向角的位置后，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺釘19使望遠(yuǎn)鏡中的黑十字叉絲的豎線與狹縫像重合，從左右兩個(gè)讀數(shù)刻度圓盤(pán)讀數(shù)；轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使望遠(yuǎn)鏡直接對(duì)準(zhǔn)平行光管入射光，望遠(yuǎn)鏡中的黑十字叉絲的豎線與狹縫像重合，再?gòu)淖笥覂蓚€(gè) 圖4-14-4 最小偏向角的測(cè)量示意圖讀數(shù)刻度圓盤(pán)讀數(shù)，這樣，最小偏向角為 每個(gè)測(cè)量都要求重復(fù)3次。五、數(shù)據(jù)記錄與處理 將測(cè)出的頂角及最小偏向角min代入式（4-14-6）算出棱鏡的折射率n，按誤差理論計(jì)算出n的標(biāo)準(zhǔn)差，最后寫(xiě)出測(cè)量結(jié)果。測(cè)量數(shù)據(jù)表4-14-1、4-14-2如下所示：表4-14-1