媒质折射率和波长关系设计研究实验的报告

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1、完美WORD格式媒质折射率与波长关系研究【实验目的】1.熟悉分光计，并会使用；2.用光栅测定汞灯中各谱线的波长，已知汞绿线的波长为546.1nm；3.用最小偏向角法测定汞灯中各谱线的最小偏向角；4.计算出三棱镜对汞灯中各谱线的折射率，作出n—λ曲线，用直线拟合求出所用材料（三棱镜）的系数A、B、C。已知正常色散的柯西经验公式为：。【实验原理】1.分光计分光计是一种常用的光学仪器，实际上就是一种精密的测角仪。在几何光学实验中，主要用来测定棱镜角，光束偏向角等，而在物理光学实验中，加上分光元件（棱镜、光栅）即可作为分光仪器

2、，用来观察光谱，测量光谱线的波长等。分光计的测量原理：光源发出的光经过准直管后变成平行光,平行光经载物台上的光学元件折射、反射或衍射后改变了传播方向,绕中心转轴转动的望远镜先后接收到方向没有改变和改变后的平行光，然后由读数圆盘读出望远镜前后两个位置所处的角度，即可由相关公式计算出望远镜的转动角度。如图为分光计的角度计算原理图。分光计的主刻度盘与望远镜锁定在一起，而游标盘与主轴锁定在一起；望远镜绕主轴转动时，游标尺不动而主刻度盘随望远镜转动，这样就可以由起止角度的差值计算出望远镜的转动角度。分光计上圆弧形游标的读数原理类

3、似于游标卡尺读数，主刻度盘上每一小格为30´，游标上每一小格为29´，两尺每格相差1´，最小读数为1´。读数时，先读出游标尺零刻度线左边所在主刻度盘刻度线所代表的角度值，不足30´的部分由游标尺上与主刻度盘刻度线对齐的那一条刻度线读出，两者之和即为总读数。计算角度时要注意转动过程中游标尺是否经过零刻度线。当望远镜转动后，某游标尺相对于主刻度盘的位置由1变为2时，相对应的角度读数分别为α1和α2。望远镜在转动过程中游标尺如果没经过零刻度线，这时望远镜转动的角度为α=︱α1-α2︱，若转动过程中游标尺经过零刻度线，则望远镜

4、的转动角度为α=360°-︱α1-α2︱。范文范例.指导参考完美WORD格式图11.三棱镜色散原理早在1672年，牛顿用一束近乎平行的白光通过玻璃棱镜时，在棱镜后面的屏上观察到一条彩色光带，这就是光的色散现象。它表明：对于不同颜色（波长）的光，介质的折射率是不同的，即折射率n是波长λ的函数。所有不带颜色的透明介质在可见光区域内，都表现为正常色散。描述正常色散的公式是科希（Cauchy）于1836年首先得到的：(1)这是一个经验公式，式中A、B和C是由所研究的介质特性决定的常数。本实验通过对光的色散的研究，求出此经验公式

5、中的A、B、C。2.利用最小偏向角法测量折射率的原理如图2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δ称为偏向角。i为入射角，i'为出射角，α为棱镜的顶角。当i改 变时，i'随之改变。偏向角δ随入射角i而变，是i的函数。从理论上，用求极值的办法推导出存在一个最小偏向角δmin。可以证明，当i=i'时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用δmin表示。范文范例.指导参考完美WORD格式图2由图可知δ=∠FDE+∠FED=i-r+(i'-r')(2)当i=i'

6、时，由折射定律有r=r'，得 :δmin=2(i-r)(3)根据几何知识，联系图2可得：r+r‘=2r=π-∠G=π-π-∠A=∠A(4)所以r=∠A2(5)由式（3）和（5）可得:i=∠A+δmin2(6)由折射定律得：n=sinisinr=sin∠A+δmin2sin∠A2(7)由（7）式可得：只要我们知道顶角，然后测量出最小偏向角，就能知道三棱镜的折射率。1.测定三棱镜的色散曲线，求出nλ-λ2经验公式中的A、B、C要求出经验公式（1）中的A、B、C，就必须测量出对应于不同波长λ下的折射率范文范例.指导参考完美W

7、ORD格式。实际光源中所发出的光一般为复色光，实验上需要用色散元件把各色光的传播方向分开。在光谱分析中常用的色散元件有棱镜和光栅，它们分别用折射和衍射的原理进行分光的。这里用棱镜作色散元件。如果用复色光照射，由于三棱镜的色散作用，入射光中不同颜色的光射出时将沿不同方向传播，各色光分别取得不同的偏向角，如图3所示。在本实验中，将汞灯所发出的光谱谱线的波长值作为已知，测出各谱线通过三棱镜后所对应的最小偏向角，由式（7）计算出δmin与之对应的折射率n，在直角坐标系中作出三棱镜的nλ-λ2的函数关系。通过关系图求出经验公式中

8、的系数A、B、C。图3【实验仪器】分光计三棱镜光栅汞灯【实验步骤】1.分光计调节(1)目测粗调粗调即是凭眼睛判断。①尽量使望远镜的光轴与刻度盘平行。②调节载物台下方的三个小螺钉，尽量使载物台与刻度盘平行(粗调是后面进行细调的前提和细调成功的保证)。(2)望远镜调焦到无穷远，适合观察平行光①接上照明小灯电源，打开开关，在目镜视场中观