【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n_o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δ_m,.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在是一种折磨, 最后竟然还要走到桌子缝里才能看到.

第二篇：分光计的调节和使用实验报告

长安大学----分光计实验报告

7系05级         孙明伟         PB05007213         06.4.9.

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：⒈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:                                 28″.

         A类不确定度       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=1.65200.0013      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=1.65200.0013 ，p=0.95 。