大物实验报告——分光计的调整与使用.doc

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资源描述

1、分光计的调整与使用【实验目的】(1)了解分光计的结构以及双游标读数消除误差的原理。(2)掌握分光计的调整要求、使用方法与技巧。(3)学会测量三棱镜的顶角。(4)推导分光束法,自准直法测量三棱镜顶角的公式。【实验原理】1. 分光束法测三棱镜的顶角 如图 3.11.10 所示,此时光束同时照在棱镜的两个侧面上,分别测出光线左向反射线角位置 L及右向反射线角位置 R,则由图 3.11.10 可证L1|2(3.11.1)(a) (b)图 3.11.10为了消除分光计刻度盘的偏心误差(见“附 消除偏心差的原理” ) ,测量每个角度时,在刻度盘的两个角游标,上都要读数,然后取平均值,于是(3.11.2)L

2、IRILIRI1|42. 自准直法测三棱镜的顶角 如图 3.11.11 所示,LIRILIRI180|2A(3.11.3)3. 最小偏向角 的测定及折射率计算图 4.11.12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 称 为 偏 向 角 。 i1为 入 射 角 , 为 出 射 角 , 为 棱 镜 的1i顶 角 。 当 i1改 变 时 , 随 之 改 变 。 可 以 证 明 , 当 i1 时 , 偏 向 角 有 最 小 值 m

3、in, 此 时 入 射 角i1 (min+)/2, 折 射 角 i2 /2, 由 折 射 定 律 nsini2 sini1, 可 得 三 棱 镜 的 折 射 率 为(3.11.4)mins2i因此,对于具有棱柱形的透明物体,只要测出最小偏向角 min及入射面出射面之间的夹角,就可由式(4.11.4)计算出棱镜对该种光的折射率。应当注意,通常所说的某物质折射率n,是对钠黄光(波长 为 5893)而言。图 3.11.11 图 3.11.12用分光计可以精确地测得棱镜的 min和 ,从而求得该棱镜的折射率。【实验内容】1. 用分光束法测三棱镜的顶角 将三棱镜待测顶角 的顶点置于载物台中心(为什么?不

4、妨自己试试其他位置) ,并对准平行光管(见图 3.11.13) ,每个角度测 5 次,每次(左) ,(右)角游标都需同时读数,数据记录到表 3.11.1 中,并按公式(3.11.2)计算角度 。(a) (b)图 3.11.13表 3.11.1次 数 1 2 3 4 5 平均L R 2. 自准直法测三棱镜的顶角 测顶角 的另一个方法是自准直法,即转动望远镜分别使其与棱镜的光学面垂直,记其在这两个位置之间的转角为 。3. 测三棱镜的最小偏向角 min将三棱镜置于载物台上(见图 3.11.14) ,应注意调整载物台使高度适当。转动载物台,寻找最小偏向角。可以先用目测找到出射光线,然后转动载物台,使偏

5、向角变小,直至载物台转动方向不变,偏向角却开始变大为止。这时再用望远镜精确地测定这个光线偏折方向发生图 3.11.14改变时的临界角度 ,此角度与光线无偏折(无棱镜)时的角位置 0之差即为棱镜的最小偏向角min。为了消除偏心误差,测量每个角度时,在刻度盘的两个角游标、上都要读数,然后取平均值,即 minI0I0I1|()()|2与 0都要测 5 次。数据记录表如表 3.11.2 所示。表 3.11.2次数 1 2 3 4 5 平均0 4. 测量结果三棱镜的折射率为 mins2i式中 minI0I0I1|()()|2iLIRILIRI|4【思考题】(1)分光束法测 时: 狭缝宽度对结果是否有影响

6、?试分析之。 若被测顶角不放于载物台中心又会如何?(2)测顶角 的另一个方法是自准直法,即转动望远镜分别使其与棱镜的光学面垂直,记其在这两个位置之间的转角为 ,问: 如何判断望远镜与光学面垂直? 推导出由转角 计算顶角 的公式。 三棱镜应如何放置于分光计载物台上?(3)请证明由棱镜最小偏向角求折射率 n 的公式。(4)分光计调整的基本要求是: 、 和 都垂直于 。(5)在分光计的调整中,转动载物台时,反射回来的亮十字总在中间十字丝(横丝)附近移动,说明 光轴与 主轴不 。(6)用自准直法调整望远镜时,若亮十字的反射像正好位于分划板中心,则必定是由于: 分划板中心正好和物镜焦点重合; 分划板中心正好在物镜焦平面上; 望远镜光轴垂直于反射平面; 以上,都不对。(7)分光计调整时,调节 垂直于 可用渐近法。(8)简述渐近法调整时的步骤。(9)能否用三棱镜代替平面镜进行分光计的调节?为什么?能否调节到棱镜的三个折射面均垂直于望远镜光轴?(10)用自准直原理调节望远镜时,如何判断叉丝及其反射像与物镜的焦平面是否严格地共面?如何判断叉丝是位于物镜焦平面的外侧还是内侧?(11)弄清分光计要设置两个角游标读数的缘由。

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