分光计的实验报告.docx
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分光计的实验报告
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分光计的实验报告
篇一：
物理实验报告分光计实验
用分光计测定三棱镜的顶角和折射率
在介质中，不同波长的光有着不同的传播速度v，不同波长的光在真空中传播速度相同都为c。
c与v的比值称为该介质对这一波长的光的折射率，用n表示，即：
n?
c
。
同一介质对不同波长v
的光折射率是不同的。
因此，给出某一介质的折射率时必须指出是对某一波长而言的。
一般所讲的介质的折射率通常是指该介质对钠黄光的折射率，即对波长为589.3nm的折射率。
本实验测量的是玻璃对汞的绿谱线的折射率，即对波长为546.07nm的光的折射率。
1、实验目的
（1）进一步学习分光计的正确使用
（2）学会用最小偏向角法测三棱镜的折射率。
2．实验仪器
分光计，平面反射镜，三棱镜，汞灯及其电源。
3．实验原理
介质的折射率可以用很多方法测定，在分光计上用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可以达到较高的精度。
这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。
如果测液体的折射率，可用表面平行的玻璃板做一个中间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进行测量。
当平行的单色光，入射到三棱镜的Ab面，经折射后由另一面Ac射出，如图6-13所示。
入射光线LD和Ab面法线的夹角i称为入射角，出射光eR和Ac面法线的夹角i’称为出射角，入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。
可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角i0等于出射角i0’时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δ
min
图6-13光线偏向角示意图
。
由图6-13可知：
δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2）
A=r+r’（6-3）
可得：
δ=（i+i’）-A（6-4）
三棱镜顶角A是固定的，δ随i和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i而变化，所以偏向角δ仅是i的函数．在实验中可观察到，当i变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角．
令
d?
?
0，由式（6-4）得di
di
?
?
1（6-5）di
再利用式（6-3）和折射定律
i?
nsi（6-6）sini?
nsi,sin
得到
dididrdrncosrcosi?
?
?
?
?
（?
1）?
didrdrdicosincosr
2
2
?
?
cosr?
n2sin2rcosr?
nsi?
（1?
n2）tg2r?
（1?
n）tgr
2
2
?
csc2r?
n2tg2rcscr?
ntgr
2
2
2
?
?
（6-7）
2222
由式（6-5）可得：
?
（1?
n）tgr?
?
（1?
n）tgr
tgr?
tgr
因为r和r’都小于90°，所以有r=r’代入式（5）可得i=i。
因此，偏向角δ取极小值极值的条件为：
r=r’或i=i（6-8）显然，这时单色光线对称通过三棱镜，最小偏向角为δ
δ
min=2i–A
min
，这时由式（6-4）可得：
i?
1
（?
min?
A）2r?
A2
由式（6-3）可得：
A=2r
由折射定律式（6-6），可得三棱镜对该单色光的折射率n为
1
sin（?
min?
A）sinin?
（6-9）?
sisin2
由式（6-9）可知，只要测出三棱镜顶角A和对该波长的入射光的最小偏向角δ算出三棱镜玻璃对该波长的入射光的折射率。
顶角A和对该波长的最小偏向角δ
min，就可以计
min用分光计测定。
折射率是光波波长的函数，对棱镜来说，随着波长的增大，折射率n则减少，如果是复色光入射，由于三棱镜的作用，入射光中不同颜色的光射出时将沿不同的方向传播，这就是棱镜的色散现象。
4．实验内容
（1）按“实验分光计的调整和棱镜顶角的测定”的要求对分光计进行调整。
使分光计达到以下三点要求：
①望远镜聚焦于无穷远处。
或称为适合于观测平行光。
②望远镜和平行光管的光轴与分光计的中心轴线相互垂直。
③平行光管射出的光是平行光——即狭缝的位置正好处于平行光管物镜的焦平面处。
只有调整分光计符合上述三点要求，才能用它精密测量平行光线的偏转角度。
（2）用自准法测量三棱镜顶角A
利用望远镜自身的平行光及阿贝自准系统来进行测量的，测量光路如图6-14所示，使望远镜
光轴垂直于Ab面,读出角度θ过角度?
?
m和θn，再将望远镜垂直于Ac面读出角度θ’m和θ’n。
望远镜转
1[（?
m?
?
m）?
（?
n?
?
n）]。
2
由几何关系可得：
三棱镜顶角A=180o-φ.
图2A光路图图6-14自准法测量顶角（3）最小偏向角δ
min的测定
①将三棱镜按图6-15位置放置，将平行光管狭缝对准光源，并使三棱镜、望远镜和平行光管处于如图6-15的相对位置。
平行光入射到Ab面，在Ac面靠近bc毛面的某个方向观测出射的光谱线。
开始时，由于望远镜的视场很小，可先从望远镜外用眼睛观察Ac面出射的光谱线，可以看到一系列彩色谱线，再转动平台，眼睛观察透过三棱镜的光谱线移动的情况，找到谱线与入射光夹角最小的位置，即：
光谱线不再随平台转动而继续向偏向角小的方向移动，而向反方向移动的位置，此位置就是最小偏向角的位置。
再用望远镜对准这个位置，进行细调。
在望远镜内看到一系列细而清晰的彩色谱线，转动载物台，首先观察波长λ=546.07nm的绿光谱线，使该谱线朝偏向角减小的方向移动，同时转动望远镜跟踪该谱线，直到棱镜继续沿着同一方向转动时，谱线不再向前移动却反而向反方向移动，此转折点即为相应该谱线最小偏向角的位置；
用望远镜的竖直准线对准它，然后缓慢转动平台，找到开始反向的确切位置，最后仔细转动望远镜，使十字准线的竖线准确地与谱线重合，读出左、右两边窗口的读数θθ’n。
③求出波长λ=546.07nm的绿光谱线的最小偏向角。
由于平台转动并没有带动度盘，所以望远镜转过的角度等于2δ
min。
即望远镜转过的角度：
m和θn
②转动平台，用三棱镜的另一个面Ac为入射面，重复以上步骤，记下此时两窗口读数θ’m和
?
?
（m?
?
m?
n?
?
n
所以：
?
min?
1
2
?
2
?
1
（m?
?
m?
n?
?
n4
④再重复测量四次。
（4）由式（6-9）计算出三棱镜玻璃对波长λ=546.07nm的绿光谱线的折射率n。
计算n的合成不确定度un并写出结果表达式。
5．实验数据记录及处理
分光计型号：
YY-J1，三棱镜编号：
，波长λ
（1）数据表格
①反射法测量三棱镜顶角（表6-2）：
表6-2自准法测量三棱镜顶角数据表格
u?
ub?
?
180?
60
（rad）?
1.7?
10?
4（rad）
A?
1.0482?
0.0002（rad）
②测量最小偏向角δ
min（表
6-3）：
min数据表格
表6-3测量最小偏向角δ
（2）数据处理
（3）uA?
（4）ub?
（5）u?
（6）
?
（?
i
i
?
）
?
1.1?
10?
4（rad）
3?
2
?
180?
60
（rad）?
1.7?
10?
4（rad）
22
uA?
ub?
3?
10?
4（rad）
?
min?
（0.9468?
0.0003）（rad）
1
sin（?
min?
A）2其中n*?
?
1.67869
Asin
2
?
?
A?
?
A2n*A
un?
[ctg（min）?
ctg]2u2A?
ctg2（min）u?
2.8?
10?
4
2222
n?
n?
?
n?
1.6787?
0.0003
写出结果表达式n?
n*?
un式中各角度不确定度un、uδmin均应化成弧度！
篇二：
大物实验报告——分光计的调整与使用
分光计的调整与使用
【实验目的】
（1）了解分光计的结构以及双游标读数消除误差的原理。
（2）掌握分光计的调整要求、使用方法与技巧。
（3）学会测量三棱镜的顶角。
（4）推导分光束法，自准直法测量三棱镜顶角的公式。
【实验原理】
1.分光束法测三棱镜的顶角?
如图3.11.10所示，此时光束同时照在棱镜的两个侧面上，分别测出光线左向反射线角位置
?
L及右向反射线角位置?
R，则由图3.11.10可证
?
?
|?
L?
?
R|（3.11.1）
1
2
（a）（b）
图3.11.10
为了消除分光计刻度盘的偏心误差（见“附消除偏心差的原理”），测量每个角度时，在刻度盘的两个角游标Ⅰ，Ⅱ上都要读数，然后取平均值，于是
?
?
1
?
|?
LI?
?
RI|?
|?
LII?
?
RII|?
（3.11.2）4
2.自准直法测三棱镜的顶角?
?
如图3.11.11所示，
A?
180?
?
?
?
180?
?
|?
LI?
?
RI|?
|?
LII?
?
RII|（3.11.3）
2
3.最小偏向角?
?
的测定及折射率计算
图?
4.11.12?
所示为一束单色平行光入射三棱镜时的主截面图。
光线通过棱镜时，将连续发生两次折射，出射光线和入射光线之间的交角?
?
称为偏向角。
i1为入射角，i1?
为出射角，?
?
为棱镜的顶角。
当i1改变时，?
?
随之改变。
可以证明，当i1＝i1?
时，偏向角?
?
有最小值?
min，此时入射角i1＝（?
min+?
?
）/2，折射角i2＝?
/2，由折射定律nsini2＝sini1，可得三棱镜的折射率为
sin?
min?
sin
（3.11.4）
2
因此，对于具有棱柱形的透明物体，只要测出最小偏向角?
min及入射面出射面之间的夹角?
?
，
就可由式（4.11.4）计算出棱镜对该种光的折射率。
应当注意，通常所说的某物质折射率n，是对钠黄光（波长?
?
为5?
893?
?
）而言。
图3.11.11图3.11.12
用分光计可以精确地测得棱镜的?
min和?
，从而求得该棱镜的折射率。
【实验内容】
1.用分光束法测三棱镜的顶角?
将三棱镜待测顶角?
?
的顶点置于载物台中心（为什么？
不妨自己试试其他位置），并对准平行光管（见图3.11.13），每个角度测5次，每次Ⅰ（左），Ⅱ（右）角游标都需同时读数，数据记录到表3.11.1中，并按公式（3.11.2）计算角度?
。
（a）（b）
图3.11.13表3.11.1
2.自准直法测三棱镜的顶角?
测顶角?
?
的另一个方法是自准直法，即转动望远镜分别使其与棱镜的光学面垂直，记其在这两个位置之间的转角为?
。
3.测三棱镜的最小偏向角?
min
将三棱镜置于载物台上（见图3.11.14），应注意调整载物台使高度适当。
转动载物台，寻找最小偏向角。
可以先用目测找到出射光线，然后转动载物台，使偏向角变小，直至载物台转动方向不变，偏向角却开始变大为止。
这时再用望远镜精确地测定这个光线偏折方向发生改变时
图3.11.14
的临界角度?
，此角度与光线无偏折（无棱镜）时的角位置?
0之差即为棱镜的最小偏向角?
min。
为了消除偏心误差，测量每个角度时，在刻度盘的两个角游标Ⅰ、Ⅱ上都要读数，然后取平均值，即
12
?
?
与?
0都要测5次。
数据记录表如表3.11.2所示。
?
min?
|（?
I?
?
0I）?
（?
II?
?
0II）|
表3.11.2
4.测量结果三棱镜的折射率为
sin?
min?
sin
2
式中min?
|（I?
0I）?
（II?
0II）|
min
【思考题】
121
?
[|LI?
RI|?
|LII?
RII|]4
（1）分光束法测?
?
时：
①狭缝宽度对结果是否有影响？
试分析之。
②若被测顶角不放于载物台中心又会如何？
（2）测顶角?
?
的另一个方法是自准直法，即转动望远镜分别使其与棱镜的光学面垂直，记其在这两个位置之间的转角为?
，问：
①如何判断望远镜与光学面垂直？
②推导出由转角?
?
计算顶角?
?
的公式。
③三棱镜应如何放置于分光计载物台上？
（3）请证明由棱镜最小偏向角求折射率n的公式。
（4）分光计调整的基本要求是：
、都垂直于。
（5）在分光计的调整中，转动载物台时，反射回来的亮十字总在中间十字丝（横丝）附近移动，说明光轴与。
（6）用自准直法调整望远镜时，若亮十字的反射像正好位于分划板中心，则必定是由于：
①分划板中心
正好和物镜焦点重合；②分划板中心正好在物镜焦平面上；③望远镜光轴垂直于反射平面；④以上?
①，②，③?
都不对。
（7）分光计调整时，调节可用渐近法。
（8）简述渐近法调整时的步骤。
（9）能否用三棱镜代替平面镜进行分光计的调节？
为什么？
能否调节到棱镜的三个折射面
均垂直于望远镜光轴？
（10）用自准直原理调节望远镜时，如何判断叉丝及其反射像与物镜的焦平面是否严格地共面？
如何判断叉丝是位于物镜焦平面的外侧还是内侧？
（11）弄清分光计要设置两个角游标读数的缘由。
篇三：
分光计实验报告
南昌大学物理实验报告
实验名称：
学院：
生命科学学院专业班级：
水产养殖学151学生姓名：
邱静学号：
5601215014实验地点：
基础实验大楼座位号：
实验时间：
第14周星期六上午下午四点开始
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