分光计的调节和掠入射法测量折射率

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1、1200017630韩博伦分光计的调节和掠入射法测量折射率实验目的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定焦。4.用掠入射法测定三棱镜的折射率。5.用最小偏向角法测定物质的折射率。6.测定玻璃材料的色散曲线。实验仪器分光计，玻璃三棱镜，钠灯，水银灯，He-Ne激光器，平面镜，毛玻璃，放大镜。实验原理掠入射法测折射率用波长λ的单色扩展光源照射到顶角A的玻璃三棱镜的AB面上，以角i入射的光线经过三棱镜的两次折射后，从AC面以角ϕ射出，则由

2、折射定律得：n0sini=nsinrnsinr'=n0sinϕ其中n0和n分别是空气和玻璃的折射率，一般取n0=1。由几何关系可得r+r'=A因此n=1sinAsin2isin2A+sinicosA+sinϕ2当光线以90°角入射的时候，则有sini=1，此时的出射角ϕ最小，称之为极限角，因此上述公式简化为n=1+cosA+sinϕsinA2测量极限角ϕ的时候使用的是拓展光源，实验时在光源和棱镜之间放置一块毛玻璃，调整玻璃三棱镜AB面和光源的相对位置，使大于90°的角i入射的光线不能进入玻璃三棱镜，

3、在AC面形成暗纹；小于90°的入射光线则可以从玻璃三棱镜AC面出射，形成亮纹。其交接处就是极限角ϕ的位置.71200017630韩博伦最小偏向角法测定折射率一束平行单色光a以入射角i1投射到棱镜的AB面上，经过棱镜两次折射后以角i4从另一面AC射出来，成为光线t。经过棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线和出射光线延长线的夹角δ来表示，δ叫做偏向角。δ=i1+i4-A通过微分计算可以证明，当入射光线和出射光线对称的在棱镜两侧时，偏向叫有最小值，叫做最小偏向角，用δm表示。此时又i2=A2,i

4、1=A+δm2，故n=sinA+δm2sinA2测定玻璃材料的色散曲线由于折射率n是光波波长λ的函数，所以在不同波长的单色光波下，测定玻璃三棱镜对应改单色光波的最小偏向角，计算对应的折射率n值，可以得到表示折射率n与波长λ的关系的色散曲线。通常用色散率υ表征材料折射率随波长变化的程度。当广播波长λ增加时材料折射率n和色散率υ都减小时，这样的色散现象称为正常色散现象，反之称为反常色散现象。根据经典的电子论，即经典电偶振子受迫震动模型能够解释实验观测的色散现象，依据这种模型可以推导出描述正常色散现象的柯

5、西经验公式n=A+Bλ2+Cλ4其中A，B和C是表征材料的特性的常量，而对应的色散率υ=dndλ=-2Bλ3-4Cλ5实验内容调节分光镜1.粗调:用肉眼估计，调节望远镜、平行光管的水平方向或垂直方向的调节螺钉，使望远镜、平行光管的光轴通过转轴中心共轴，并处于水平状态。调节载物平台下的三个调节螺钉，使小平台大致称为水平面，然后固定在舞台紧缩螺钉，使游标盘与载物台固连。扭紧螺钉，使刻度盘与望远镜固连。2.自准直法：旋转调节望远镜目镜，使分划板上的刻线最清晰。把平面镜放在载物台上，通过缓慢转动游标盘，在望

6、远镜视野内找到量的十字反射像，前后移动望远镜套管，直到亮十字反射像看清楚，调节这个反射像与分划板上刻线之间无视差。这时望远镜已经聚焦于无穷远。3.调节望远镜光轴垂直于仪器转轴：调节的目的是使望远镜光轴与圆刻度盘平行，从而可从刻度盘准确读出望远镜光轴的角坐标。借助平面镜调节将十字反射像调到刻线的上刻线MN上。调节时采用“逐步逼近法”71200017630韩博伦，即先调节小平台的调节螺钉，把亮十字像移动到离MN线近一些，然后再调节望远镜的仰角螺丝，使得亮十字像移动到MN线上。转动游标圆盘使平面转过180

7、°，再按照上述方法调节，反复多次，逐渐逼近，直到平面镜转动180°前后都垂直，这样平面镜平行于仪器转轴，望远镜光轴垂直于一起转轴。此后不再变动望远镜的仰角调节螺钉。1.调节平行光管产生平行光：整体移动分光计，使平行光管狭缝正对钠光灯，再把已聚焦无穷远的望远镜正对平行光管，在目镜视场内看到狭缝像。使狭缝套管沿光轴移动即调焦，直到狭缝平面位于平行光管透镜的焦面上，这时平行光管产生平行光，在望远镜目镜中能看到清晰狭缝像，再使它与分划板的刻线之间无视差，把狭缝像调到和刻线PP'平行。调节狭缝宽度，使像大小合

8、适。调节平行光管的仰角，在望远镜目镜视场中，看到狭缝像在刻线的中央横线上上下对称。此时平行光管光轴与望远镜光轴平行，即平行光管光轴与一起转轴垂直。测定玻璃三棱镜顶角转动望远镜，先使望远镜光轴与棱镜AB面垂直，记下此时左右游标的度数θ1'θ1''。然后转动望远镜，使其光轴与AC面垂直，记下两边游标对数θ2'θ2''。两次度数相减便得到了A的补角ψψ=12θ2'+θ2''-θ1'-θ1''A=180°-ψ重复调节AB和AC表面反射像与MN线重合，测量3次A的平均值，数据如