1、分光仪测量三棱镜折射率的一种新方法的探讨 摘要：分光仪是一种精密的测量角度的光学仪器。在实验室里通常采用测量最小偏向角的方法测量三棱镜的折射率。通过对实验内容的分析和长期的实践，本文提出了测量三棱镜折射率的一种新方法，介绍了如何用分光仪精确确定三棱镜的顶角、最小偏向状态时出射光线的位置及其法线位置，并结合分光仪测三棱镜折射率的具体实例，进行了具体的分析 , 给出了其测量不确定度的最终评定。 下载 关键词：分光仪 出射光线 法线位置 出射角 折射率 分光仪是一种精密的测量角度的光学仪器。利用分光仪测定三棱镜折射率的实验是普通物 理实验的基础实验课题 ,在实验室里通常采用测量最小偏向角的方法进行测
2、量 .如图 1 所示，光线 PO 透过顶角为的三棱镜后，沿O?P?方向射出时产生的偏向角为记为 。在入射光线和出射光线处于光路对称的情况下，即入射角 i1 等于出射角 i2 时 ,偏向角为最小 ,记为 m.则三棱镜的折射率 n 与三棱镜的顶角、最小偏向角 m 有如下关系 : 因此，当入射角 i1 等于出射角 i2 的情况下，只要测出三棱镜的顶角、最小偏向状态时的出射角 i2，就可以间接测出三棱镜的折射率 n。那么如何测量三棱镜的顶角、最小偏向状态时的出射角 i2 呢？ 一、测量原理和方法 测量前首先将分光仪调整好，即（ 1）望远镜适合平行光；（ 2）望远镜的光轴垂直于仪器的主轴；（ 3）准直管
3、产生平行光，并与望远镜共轴。 1.顶角 A 的测量 采用自准法测量顶角。很多书中、资料中，都是旋紧刻度盘下的螺钉，使望远镜和刻度盘固定不动而转动游标盘或是转动载物台 ,使三棱镜的一个折射面对准望远镜 ,找到十字叉丝的反射像并使十字叉丝的反射像和调整叉丝完全重合，记录相应游标的读数。在实验过程中，学生转动游标盘或是转动载物台时，经常使三棱镜和载物台发生相 对位移，导致实验数据不准确，很难在规定的时间内完成实验，学生对实验的兴趣大大减少。 笔者通过分析实验原理和多次实验解决了以上的问题。如图 2 所示，将待测棱镜置于载物台上，锁紧游标盘和望远镜与刻度圆盘的离合控制螺丝(00 线置于望远镜下 )，转
4、动望远镜，使其对准三棱镜的一个折射面，找到十字叉丝的反射像并使十字叉丝的反射像和调整叉丝完全重合（图 3）。记录刻度盘上两游标读数 V1 ,V2 ；再转动望远镜 ,使其对准三棱镜的另一个折射面，并且使十字叉丝的反射像和调整叉丝完全重合（图 3） ,记录相应的游标读数 V1,V 2 ；同一游标两次读数之差 V1 - V1或 V2 - V2 ,就是棱镜角的补角 ： 2.最小偏向状态时出射角 i2 的测量 如图 4 所示，望远镜从最小偏向状态时所对应的出射光线位置转到该出射光线的法线位置，其转过的角度就是出射角 i2。 (1)确定最小偏向状态时的出射光线位置 . 锁紧游标盘和望远镜与刻度圆盘的离合控
5、制螺丝 (00 线置于望远镜下 ).将待测三棱镜按图 4 所示放置在载物台上 , 使入射光线射入三棱镜的 AC 面上，左右移动三棱镜的位置使入射角在 3951 87 之间， 转动望远镜，一定能够清楚的看见钠光经三棱镜折射后形成的黄色谱线。慢慢转动载物台，使谱线往偏向角减小的方向移动 ,同时转动望远镜跟踪该谱线。当载物台转到某一位置时，无论是向左转动，还是向右转动，该谱线都向相反的方向转动，这个谱线反向移动的极限位置就是三棱镜对该谱线的最小偏向角的位置，即最小偏向状态时出射光线的位置（图 4 望远镜 1） .锁紧望远镜止动螺丝 , 记录刻度盘上两游标读数 V1 ,V2 。 （ 2）确定出射光线的
6、法线 N?的位置。 松开望远镜的止动螺丝 ,转动望远镜，在 AB 面上找到十字叉丝的反 射像且使十字叉丝的反射像和调整叉丝完全重合（图 3），该位置就是出射光线的法线 N?的位置。锁紧望远镜止动螺丝 ,记录相应的游标读数 V1V2 。如图 4 望远镜 2 所示。 则：最小偏向状态时的出射角 二、结语 通过以上测量结果分析 ,新的测量方法可行度很高，可以运用在基础物理实验教学中。新的测量方法可以使学生从另一个角度去理解实验理论，还可以培养学生的实验兴趣和创新意识。提高了实验教学的效果。 参考文献 : 杨述武 . 普通物理实验 (光学部分 )M.北京 : 高等教 育出版社 ,2000 陆静珠 .关于棱镜中入射角与偏向角关系的探讨 J .湖州师范学院学报 ,2001, 23(6) （责任编辑：刘璐）
