教学章节：实验24用分光计测定三棱镜的折射率

第一篇：教学章节：实验24用分光计测定三棱镜的折射率

教学章节：实验24用分光计测定三棱镜的折射率

教学内容：

1、用分光计测定三棱镜的折射率

2、分光计的调节要领

3、指导学生进行实验操作、观察实验现象、测量并记录实验数据。教学学时：3学时

教学目的：

1、了解分光计的结构，明确分光计的调整要求，掌握调整方法。

2、掌握测量正三棱镜的顶角和最小偏向角，计算棱镜的折射率。

教学重点、难点：

1、分光计的调节

2、最小偏向角的确定

教学方法、方式：讲解、演示、学生操作教师指导。

教学过程：

一.、引入

折射率是物质重要的光学特性常数，测定折射率的方法很多，这里介绍“棱镜法”，并以此作为分光计调整和使用的练习。

二、实验仪器介绍

⑴分光计；⑵双面反射镜；⑶低压汞灯（共用）；⑷三棱镜。

分光计是光学实验中最基本的测角仪器，它精度高、结构比较复杂。在利用光的反射、折射、衍射、干涉和偏振原理等各项实验中作角度测量。

三、实验原理讲解

1、讲解折射率计算公式各量的含义：

Asinmin2 n棱Asin2

只要测出顶角A和对不同谱线的最小偏向角min，即可按工式求出棱镜对汞灯不同波长

谱线的折射率n。

透明材料的折射率是光波波长的函数，同一棱镜对不同波长的光具有不同的折射率。所以当复色光经棱镜折射后，不同波长的光将产生不同的偏向角而被分散开来。通常在不考虑色散的情况下，棱镜的折射率是对钠光波长5.89310-7m而言。

本实验所用的光源为低压汞灯，它们的波长分别是：

6.2344×10-7m橙5.7907×10-7m黄

5.7696×10-7m黄5.4607×10-7m绿

4.9160×10-7m绿蓝4.3583×10-7m蓝4.0778×10-7m蓝紫4.0466×10-7m紫

其中：5.7907×10-7m（黄）、5.7696×10-7m（黄）、5.4607×10-7m（绿）、4.3583×10-7 m（蓝）等为普通低压汞灯的四条特征谱线。

2、数据处理

设三棱镜顶角A602，让最小偏向角min用暂代。

由公式（24-1）及不确定度的传递与合成公式得折射率n的不确定度为：

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的不确定度：UAUB(24-5)其中

nii1UAtn(n1)Ub仪2222(24-6)同理可计算出顶角A的不确定度UA顶AU顶B

定度Un，再由公式：

Ur2202仪2。把有关量代入（24-1）式和（24-4）式分别求三棱镜对某种光的折射率的平均值n及其不确Un

n100%（24-7）

求得相对不确定度Ur。最后写出测量结果的表达式：

nnUn(P99%)（24-8）Ur

四、实验操作要领讲解

1．调整分光计

分光计是本实验的主要测量仪器，它精度高、结构复杂。关于分光计的调整和使用，在后面附录中均有详细的介绍，同学们在实验之前必须认真阅读。

目镜调焦→粗调平台水平→平台上放置双面反向镜→望远镜对无限远聚集→采用减半逼近法调水平→平行光管的调整

（边演示边讲解）

2．最小偏向角min的测量，要特别介绍最小偏向角的确定方法

min12121 23、要求学生对蓝、绿光进行三组数据测量，并列表记录数据。

五、巡回指导，签字

六、布置作业]

1.完成本次实验报告。实验数据处理完后，要对该实验进行总结和误差分析。2.预习下次实验并完成预习报告。

第二篇：物理实验报告《测定三棱镜折射率》

【实验目的】

利用分光计测定玻璃三棱镜的折射率；

【实验仪器】

分光计，玻璃三棱镜，钠光灯。

【实验原理】

最小偏向角法是测定三棱镜折射率的基本方法之一，如图10所示，三角形 abc 表示玻璃三棱镜的横截面，ab和

ac是透光的光学表面，又称折射面，其夹角a称为三棱镜的顶角；bc 为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。假设某一波长的光线 ld 入射到棱镜的 ab 面上，经过两次折射后沿 er 方向射出，则入射线 ld 与出射线 er 的夹角

称为偏向角。

图10

三棱镜的折射

由图10中的几何关系，可得偏向角

(3)

因为顶角a满足，则

(4)

对于给定的三棱镜来说，角a是固定的，随

和

而变化。其中

与、、依次相关，因此

实际上是的函数，偏向角

也就仅随

而变化。在实验中可观察到，当

变化时，偏向角

有一极小值，称为最小偏向角。理论上可以证明，当

时，具有最小值。显然这时入射光和出射光的方向相对于三棱镜是对称的，如图11所示。

您正浏览的文章由第一＇范文网整理，版权归原作者、原出处所有。

图1

1最小偏向角

若用

表示最小偏向角，将

代入(4)式

得

（5）

或

（6）

因为，所以，又因为，则

（7）

根据折射定律

得，（8）

将式（6）、（7）代入式（8）得：

（9）

由式（9）可知，只要测出入射光线的最小偏向角

及三棱镜的顶角，即可求出该三棱镜对该波长入射光的折射率n

.【实验内容与步骤】

1．调节分光计

按实验24一1中的要求与步骤调整好分光计。

2．调整平行光管

(1)去掉双面反射镜，打开钠光灯光源。

(2)打开狭缝，松开狭缝锁紧螺丝3。从望远镜中观察，同时前后移动狭缝装置2，直至狭缝成像清晰为止。然后调整狭缝宽度为1毫米左右（用狭缝宽度调节手轮 1 调节）。

(3)调节平行光管的倾斜度。将狭缝转至水平，调节平行光管光轴仰角调节螺丝29，使狭缝像与望远镜分划板的中心横线重合。然后将狭缝转至竖直方向，使之与分划板十字刻度线的竖线重合，并无视差。最后锁紧狭缝装置锁紧螺丝3。此时平行光管出射平行光，并且平行光管光轴与望远镜光轴重合。至此分光计调整完毕。

3．测三棱镜的折射率

(1)将三棱镜置于载物台上，并使玻璃三棱镜折射面的法线与平行光管轴线夹角约为 60度。

(2)观察偏向角的变化。用光源照亮狭缝，根据折射定律判断折射光的出射方向。先用眼睛（不在望远镜内）在此方向观察，可看到几条平行的彩色谱线，然后慢慢转动载物台，同时注意谱线的移动情况，观察偏向角的变化。顺着偏向角减小的方向，缓慢转动载物台，使偏向角继续减小，直至看到谱线移至某一位置后将反向移动。这说明偏向角存在一个最小值（逆转点）。谱线移动方向发生逆转时的偏向角就是最小偏向角。

按

计算最小偏向角

（取绝对值）。

重复步骤 1~6，可分别测出汞灯光谱中各谱线的最小偏向角。

按式（9）计算出三棱镜对各波长谱线的折射率。计算折射率 n 的数据表格3。

【数据记录及处理】

表3

测量最小偏向角

钠光波长（å）

第三篇：物理实验报告测定三棱镜折射率

物理实验报告测定三棱镜折射率

【实验目的】

利用分光计测定玻璃三棱镜的折射率；

【实验仪器】

分光计，玻璃三棱镜，钠光灯。

【实验原理】

最小偏向角法是测定三棱镜折射率的基本方法之一，如图10所示，三角形 ABC 表示玻璃三棱镜的横截面，AB和 AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角a称为三棱镜的顶角；BC 为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。假设某一波长的光线 LD 入射到棱镜的 AB 面上，经过两次折射后沿 ER 方向射出，则入射线 LD 与出射线 ER 的夹角称为偏向角。

图10 三棱镜的折射

由图10中的几何关系，可得偏向角

(3)

因为顶角a满足，则

(4)

对于给定的三棱镜来说，角a是固定的，随 和 而变化。其中 与、、依次相关，因此 实际上是 的函数，偏向角 也就仅随 而变化。在实验中可观察到，当 变化时，偏向角 有一极小值，称为最小偏向角。理论上可以证明，当 时，具有最小值。显然这时入射光和出射光的方向相对于三棱镜是对称的，如图11所示。

图11 最小偏向角

若用 表示最小偏向角，将 代入(4)式 得

（5）

或

（6）

因为，所以，又因为，则

（7）

根据折射定律 得，（8）

将式（6）、（7）代入式（8）得：

（9）

由式（9）可知，只要测出入射光线的最小偏向角 及三棱镜的顶角，即可求出该三棱镜对该波长入射光的折射率n.【实验内容与步骤】

1．调节分光计

按实验24一1中的要求与步骤调整好分光计。

2．调整平行光管

(1)去掉双面反射镜，打开钠光灯光源。

(2)打开狭缝，松开狭缝锁紧螺丝3。从望远镜中观察，同时前后移动狭缝装置2，直至狭缝成像清晰为止。然后调整狭缝宽度为1毫米左右（用狭缝宽度调节手轮 1 调节）。

(3)调节平行光管的倾斜度。将狭缝转至水平，调节平行光管光轴仰角调节螺丝29，使狭缝像与望远镜分划板的中心横线重合。然后将狭缝转至竖直方向，使之与分划板十字刻度线的竖线重合，并无视差。最后锁紧狭缝装置锁紧螺丝3。此时平行光管出射平行光，并且平行光管光轴与望远镜光轴重合。至此分光计调整完毕。

3．测三棱镜的折射率

(1)将三棱镜置于载物台上，并使玻璃三棱镜折射面的法线与平行光管轴线夹角约为 60度。

(2)观察偏向角的变化。用光源照亮狭缝，根据折射定律判断折射光的出射方向。先用眼睛（不在望远镜内）在此方向观察，可看到几条平行的彩色谱线，然后慢慢转动载物台，同时注意谱线的移动情况，观察偏向角的变化。顺着偏向角减小的方向，缓慢转动载物台，使偏向角继续减小，直至看到谱线移至某一位置后将反向移动。这说明偏向角存在一个最小值（逆转点）。谱线移动方向发生逆转时的偏向角就是最小偏向角。用望远镜观察谱线。在细心转动载物台时，使望远镜一直跟踪谱线，并注意观察某一波长谱线的移动情况（各波长谱线的逆转点不同）。在该谱线逆转移动时，拧紧游标盘制动螺丝 27，调节游标盘微调螺丝 26，准确找到最小偏向角的位置。测量最小偏向角位置。转动望远镜支架 15，使谱线位于分划板的中央，旋紧望远镜支架制动螺丝 21，调节望远镜微调螺丝 18，使望远镜内的分划板十字刻度线的中央竖线对准该谱线中央，从游标 1 和游标 2 读出该谱线折射光线的角度和。测定入射光方向。移去三棱镜，松开望远镜制动螺丝 21，移动望远镜支架 15，将望远镜对准平行光管，微调望远镜，将狭缝像准确地位于分划板的中央竖直刻度线上，从两游标分别读出入射光线的角度和。按 计算最小偏向角（取绝对值）。重复步骤 1~6，可分别测出汞灯光谱中各谱线的最小偏向角。按式（9）计算出三棱镜对各波长谱线的折射率。计算折射率 n 的数据表格3。

【数据记录及处理】

表3 测量最小偏向角

钠光波长（Å）次数 游标1 游标2

第四篇：分光计的调整和棱镜折射率的测定-大学物理实验

大学物理实验

用分光计测棱镜玻璃的折射率

一、实验目的1、掌握分光计的测量原理及调节方法

2、用自准法测三棱镜的顶角

3、用最小偏向角法测量棱镜玻璃的折射率

重点：分光计的调节方法

难点：分光计的测量原理

平行光管出射的平行光射向三棱镜的两个光学表面，用望远镜分别接收两表面的反射光，就可计算出两束光的夹角Φ。由几何关系可以证明Φ与三棱镜顶角A的关系为Φ = 2A

1.反射法测三棱镜顶角

二、实验原理

2.最小偏向角法测棱镜玻璃的折射率

平行光l1射向顶角为A的三棱镜的侧面AB，经过折射后由另一侧面AC射出，入射光l1与折射光l2的夹角δ称为偏向角。根据图中的几何关系与折射定理可得如下关系

2.最小偏向角法测棱镜玻璃的折射率

由上式可知，只要测出最小偏向角δmin和三棱镜顶角A，就可以计算出棱镜玻璃的折射率n。

三、实验仪器

JJY型分光计

双面镜

三棱镜

汞灯及电源

分光计的基本构造

四、实验内容

1、调节分光计

（1）调节的基本要求

分光计的调节有“三垂直”的几何要求和“三聚焦”的物理要求。

（2）调节的步骤

1）目测粗调“三垂直”

2）调叉丝对目镜聚焦

3）调望远镜对无穷远聚焦

4）调望远镜主光轴与分光计主轴垂直

5）调载物台平面与分光计主轴垂直

6）调节狭缝对平行光管物镜聚焦

7）调节平行光管主光轴与分光计主轴垂直

2、用反射法测量三棱镜的顶角A3、测量最小偏向角

用反射法测量三棱镜的顶角

测量最小偏向角

入射光波长

1、在实验中，拿放光学器件时，要轻拿轻放，注意不要用手接触光学面。

2、在转动望远镜时，不要直接转镜筒，而是转动望远镜下面的支架。

3、在测量偏转角度时，一定要固定度盘和望远镜，让它们仪器转动。

五、实验注意事项

六、思考题

1、能否直接通过三棱镜的两个光学面来调望远镜主光轴与分光计主轴垂直？

2、转动望远镜测角度之前，分光计的哪些部分固定不动？望远镜应和什么盘一起转动？

3、通过实验，你认为分光计调节的关键在何处？

“三垂直” 是指载物台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。“三聚焦”是指叉丝对目镜聚焦，即在目镜能看到清晰的叉丝像；望远镜对无穷远聚焦，即平面镜返回清晰的绿十字像；狭缝对平行光管物镜聚焦，即在望远镜中看到清晰的狭缝的像。

1、调节望远镜水平调节螺钉

3、调节平行光管的水平调节螺钉

2、调节载物台水平调节螺钉

目测粗调“三垂直”

调节叉丝对目镜聚焦

打开电源，让照明小灯照亮望远镜视场。旋转目镜，改变目镜与分划板之间的距离，同时眼睛从目镜中观察，直到看到的叉丝变清晰，此时叉丝正好位于目镜的焦平面上。调望远镜对无穷远聚焦

将双面镜放置于载物台上，放置时，双面镜两镜面的对称轴线要与载物台上某一条刻线重合（如右图）。转动载物台，使双面镜的某一面对准望远镜，观察望远镜内的分划板上有无绿色十字像。

若无，则适当调节镜面的俯仰角度，以使十字像出现在望远镜视场中。松开目镜锁紧螺钉，伸缩分划板套筒，调节分划板与物镜间的距离，直到绿色十字像最清晰并与叉丝无视差为止。经目测粗调后，从双面镜的两个反射面都能看到十字像。用“减半”调节法调节载物台下的调平螺丝和望远镜高低调节螺丝，达到从双面镜的两个反射面反射回来的十字像都与分划板的上十字线重合。

调节望远镜主光轴与分光计主轴垂直

减半调节法

每次让十字像向分划板上十字线靠近一半，转过180°后，再靠近一半。对于每一个反射面的每一次调节都必须是：载物台和望远镜各调一半。如此反复调节，可较快的使十字像与分划板上十字线重合。

调节载物台平面与分光计主轴垂直

将双面镜转到与载物台刻线垂直的方向(如右图),然后调节载物台的水平螺钉C,使绿色十字像与调节用叉丝完全重合．

调节狭缝对平行光管的物镜聚焦

松开锁紧螺钉,伸缩狭缝套筒,直到从望远镜中看到的狭缝像最清晰且与叉丝无视差为止调节平行光管主光轴与分光计主轴垂直

松开平行光管锁紧螺钉，将平行光管旋转90度，使狭缝像变成水平，然后调节水平调节螺钉，使狭缝的像与测量用叉丝水平线重合．

平行光管出射的平行光射向三棱镜的两个光学表面，用望远镜分别接收两表面的反射光，就可计算出两束光的夹角Φ。由几何关系可以证明Φ与三棱镜顶角A的关系为Φ = 2A

1.反射法测三棱镜顶角

分光计的测量原理

δ ＝(α2-α1+β2-β1)/2

平行光管

平行光管

第五篇：分光计的调节与折射率的测定

分光计的调节与折射率的测定

实验十八分光计的调节与折射率的测定 Experiment 18Adjustment of spectrometers and measurement of refractive

实验目的掌握分光计的测量原理及调节方法用最小偏向角法测定三棱镜材料的折射率 实验仪器本次实验用到的仪器有分光计、平面镜、三棱镜和钠光源。

分光计（又名分光测角仪）是用来精确测量角度的仪器。

分光计是光学实验的基本仪器之一，通过角度的测量可以计算媒质折射率、光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是否合格、玻璃砖的两个表面是否平行等。1.分光计的结构

2.分光计的调节测量前应调节分光计，达到：望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。待测光学元件的表面与中心转轴平行。1 目视粗调⑤调节望远镜俯仰调节螺钉平行光管俯仰调节螺钉②平行光管水平调节螺钉望远镜支架松开望远镜水平调节螺钉游标盘锁紧螺钉③调节锁紧载物盘水平调节螺钉载物台升降锁紧螺钉①移动底座④松开望远镜锁紧螺钉载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例平面镜两侧面的反射像同时位于 d d或时，只需调节载物盘的水平调节螺钉平面镜两侧面的反射像分别位于 d d和时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉2 用自准直法将望远镜调焦到无穷远⑵⑶⑴反射像叉丝像透光窗伸缩目镜筒分划板视场旋转目镜调节鼓轮观察不到反射像的原因目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的像模糊。（转动目镜调节鼓轮）望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺钉，前后移动目镜筒）平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。俯视侧视转动载物台或望远镜调节望远镜俯仰或载物盘水平调节螺钉3 调节望远镜光轴与中心转轴垂直①放置平面镜②拨动游标盘③调节载物盘水平调节螺钉或望远镜俯仰调节螺钉载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节 d调节载物盘水平调节螺钉 d/2 调节望远镜俯仰调节螺钉 4 调节平行光管平行光管由狭缝和准直透镜组成。狭缝锁紧螺钉俯仰调节螺钉①②③松开狭缝锁紧螺钉转动狭缝转动狭缝前后移动狭缝调节平行光管俯仰调节螺钉锁住狭缝锁紧螺钉 3.分光计的测量原理平行光管平行光管α1 α2 β1 β2望远镜δ望远镜δ＝α2-α1β2-β1/2 读数方法游标窗口游标盘主刻度盘 23313偏心差主刻度盘游标盘最小偏向角法测三棱镜折射率 min时 min A sin n 2 A sin 2 A动画演示如何找最小偏向角动画演示如何测量最小偏向角δmin ＝α2-α1β2-β1/2 数据处理要求计算三棱镜对钠光的最小偏向角δmin，写出测量结果。计算三棱镜对钠光（波长589.3nm）的折射率n，写出测量结果。