分光计的调节及棱镜折射率的测定
嘉应学院物理系普通物理实验学生实验报告
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实验时间：年月日
物理与光信息科技学院编制
一、实验目的：
1．了解分光计的结构,掌握调节和使用分光计的方法。 2．了解测定棱镜顶角的方法。
3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。
二、实验仪器设备：
分光计、钠灯、三棱镜、双面平面镜。 三、实验原理：
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、光束的偏向角等，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，用来观察、测量光谱线的波长等。下面以学生型分光计（JJY 型）为例，说明它的结构、工作原理和调节方法。
（一）分光计的结构
分光计主要由底座、望远镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分组成，每部分均
有特定的调节螺钉，图5-11-1为JJY 型分光计的结构外型图。
1．分光计的底座要求平稳而坚实。在底座的中央固定着中心轴，望远镜、刻度盘和游标内盘套在中心轴上，可以绕中心轴旋转。
2．平行光管固定在底座的立柱上，它是用来产生平行光的。其一端装有消色差的汇聚透镜，另一端装有狭缝的圆筒，狭缝的宽度根据需要可在0.02～2ｍｍ范围内调节。
图5-11-1 分光计
1-狭缝装置 2-狭缝装置锁紧螺钉 3-平行光管 4-制动架（一） 5-载物台 6-载物台调节螺钉（3只） 7-载物台锁紧螺钉 8-望远镜 9-目镜锁紧螺钉 10-分划板 11-目镜调节手轮 12-望远镜仰角调节螺钉 13-望远镜水平调节螺钉 14-望远镜微调螺钉 15-转座与刻度盘制动螺钉 16-望远镜制动螺钉 17-制动架（二） 18-底座 19-转座 20-刻度盘 21-游标盘 22-游标盘微调螺钉 23-游标盘制动螺钉 24-平行光管水平调节螺钉 25-平行光管仰角调节螺钉 26-狭缝宽度调节手轮
3．望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起，套在主刻度盘上，它是用来观察目标和确定光线的传播方向。望远镜由目镜系统和物镜组成，为了调节和测量，物镜和目镜之
间还装有分划板，它们分别置于内管、外管和中管内，三个管彼此可以相对移动，也可以用螺钉固定，如图5-11-2所示，在中管的分划板下方紧贴一块450
全反射小棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一个绿色的小十字窗口，照明小灯发出的光线从小棱镜的另一直角边入射，从450
反射面反射到分划板上，透光部分在分划板上便形成一个明亮的十字窗。
4．分光计上控制望远镜和刻度盘转动的有三套结构，正确运用它们对于测量很重要，具体如下：
（1）望远镜制动和微动机构，图5-11-1中的16、14；
（2）分光计游标盘制动和微动控制机构，图5-11-1中的23、22； （3）望远镜和刻度盘的离合控制机构，图5-11-1中的15。
转动望远镜或移动游标位置时，都要先松开相应的制动螺钉；微调望远镜及游标位置时要先拧紧制动螺钉。
要改变刻度盘和望远镜的相对位置时，应先松开它们间的离合控制螺钉，调整后再拧紧。 一般是将刻度盘的00
线置于望远镜下，可以避免在测角度时，00
线通过游标引起的计算上的不方便。
5．载物平台是一个用以放置平面镜、棱镜、光栅等光学元件的圆形平台，套在游标内盘上，可以绕通过平台中心的铅直轴转动和升降。当平台和游标盘（刻度内盘）一起转动时，控制其转动的方式与望远镜一样，也是粗调和微调两种。平台下有三个调节螺钉，可以改变平台台面与铅直轴的倾斜度。
6．望远镜和载物平台的相对方位可由刻度盘上的读数确定。主刻度盘上有00
～3600
的圆刻度，分度值为30'。为了提高角度测量精密度，在内盘上相隔1800
设有两个游标，游标
上有30个分格，它和主刻度盘上29个分格相当，因此分度值为1'。读数方法与游标卡尺的游标原理相同（该处称为角游标）。记录测量数据时，为了消除刻度盘的刻度中心和仪器转动轴之间的偏心差，必须同时读取两个游标的读数。安置游标位置要考虑具体实验情况，主要注意读数方便，且尽可能在测量中刻度盘00
线不通过游标。
记录与计算角度时，左右游标分别进行，防止混淆算错角度。 （二）分光计的调节
分光计是在平行光中观察有关现象和测量角度，因此应达到以下三个要求：平行光管发
图5-11-2 望远镜结构 图5-11-3 分划板
1-物镜 2-外管 3-分划板 4-中管 5-目镜系统 6-内管 7-小灯 1-镜面反射像 2-上十
字线 3-十字窗口
出平行光；望远镜能接受平行光；望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。
用分光计进行观测时，其观测系统基本上应由以下三个平面构成，如图5-11-4所示。 读值平面：这是读取数据的平面，由主刻度盘和游标盘绕中心转轴旋转时形成的。对每一具体的分光计，读值平面都是固定的，且和中心主轴垂直。
观察平面：由望远镜光轴绕仪器中心转轴旋转时所形成的。只有当望远镜光轴与转轴垂直时，观察面才是一个平面，否则，将形成一个以望远镜光轴为母线的圆锥面。
待测光路平面：由平行光管的光轴和经过待测光学元件（棱镜、光栅等）作用后，所反射、折射和衍射的光线所共同确定的。调节载物平台下方的三个调节螺钉，可以将待测光路平面调节到所需方位。
按调节要求，应将此三个平面调节成相互平行，否则，测得角度将与实际角度有些差异，即引入系统误差。
1．调节望远镜和载物平台 （1）目镜调焦
这是为了使眼睛通过目镜能清楚地看到图5-11-3所示分划板上的刻线。调接方法是把目镜调焦手轮轻轻旋出，或旋进，从目镜中观看，直到分划板刻线清晰为止。
（2）调节望远镜对平行光聚焦
实质是将分划板调到物镜焦平面上，调整方法如下：
1）把目镜照明，将双面平面镜放到载物台上，为了调节方便，平面境与载物台下三个调节螺钉的相对位置如图5-11-5所示。
2）粗调望远镜光轴与镜面垂直 目测将望远镜调成水平、载物台水平，使镜面大致与望远镜垂直。
3）观察与调节镜面反射像 固定望远镜，转动游标盘，于是载物台跟着一起转动。转动平面镜使其正好对着望远镜时，在目镜中应看到一个绿色十字随着镜面转动而动，这就是亮十字的反射像。如果像有些模糊，只要沿轴向移动目镜筒，直到像清晰、无视差，再旋紧螺钉，此时望远镜已聚焦平行光。
图5-11-4 分光计的观测系统
图5-11-5
载物台上双面镜放置的俯
（3）调整望远镜光轴与仪器主轴垂直
当镜面与望远镜光轴垂直时，它的反射像应落在目镜分划板上与下方十字窗对称的十字线中心，如图5-11-3所示。平面镜绕轴转1800
后，如果另一镜面的反射像也落在此处，这表明镜面平行仪器主轴。当然，此时与镜面垂直的望远镜光轴也与仪器主轴垂直。
在调整过程中出现的某些现象是何原因？调整什么？应如何调整，这是要分析清楚的。例如，是调载物台？还是调望远镜？调到什么程度？下面简述之。
1）载物台倾角没调好的表现及调整
假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾角没调好，如图5-11-6所示。平面镜A 面反射光偏上，载物台转1800
后，B 面反射光偏下，在目镜中看到的现象是A 面反射像在B 面反射像的上方。显然，调整方法是把B 面像（或A 面像）向上（或向下）调到两像点距离的一半，这一步要反复进行，最后使镜面A 和B 的像落在分划板上同一高度。
2）望远镜光轴没调好的表现及调整
假设载物台已调好，但望远镜光轴不垂直仪器主轴，如图5-11-7所示。在图(a)中，无论平面镜A 面还是B 面，反射光都偏上，反射像落在分划
板上十字线的上方。在图(b)中，镜面反射光都偏下，反射像都落在分划板上十字线的下方。显然，调整方法是只要调整望远镜仰角调节螺钉（12），把像调到上十字线上即可，如图（c ）。
3）载物台和望远镜光轴都没调好的表现及调整
表现是两镜面反射像一上一下。先调载物台螺钉，使两镜面反射像像点等高（但像点没落在上十字线上），然后，调整望远镜仰角调节螺钉（12），把像调到上十字线上。
图5-11-6 载物台倾角没调好的表现及调整原理
图5-11-7 望远镜光轴没调好的表现及调整原理
2．调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴
实质是将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦平面上，物镜将出射平行光。
调整方法是：取下平面镜，关掉目镜照明光源，狭缝对准照明光源，使望远镜转向平行光管方向，在目镜中观察狭缝的像，沿轴向移动狭缝套筒，直到像清晰。这表明光管已发出平行光。
再将狭缝转向横向（水平），调节螺钉（25），将狭缝的像调到中心横线上，如图5-11-8（a ）所示。这表明平行光管光轴已于望远镜光轴共线，所以也垂直仪器主轴。螺钉（25）不能再动。
最后，将狭缝调成竖直，锁紧螺钉（2）。如图5-11-8（b ）所示。 （三）用最小偏向角法测定三棱镜的折射率
如图5-11-9，一束单色光以1i 角入射到AB 面上，经棱镜两次折射后，从AC 面折射
出来，出射角为2i '。入射光和出射光的夹角δ
称为偏向角。当棱镜顶角A 一定时，偏向角δ
的大小随入射角1i 的变化而变化。而当1i =2
i '时，δ为最小（证明可参阅光学教材中的相
关内容）。此时的偏向角称为最小偏向角，记为min δ。
由图5-11-9中可以看到，此时2
1
A
i ='，有 2
2
11
1m in
A
i i i -='-=δ （5-11-1） 得
()A i +=
m in 12
1
δ 设棱镜折射率为n ，由折射定律得
2sin sin sin 1
1A n i n i ='= 2
sin
2sin 2sin sin min
1A A A i n +==δ （5-11-2） 由此可知，要求得棱镜的折射率n ，必须测出其顶角A 和最小偏向角min δ。 四、实验步骤：
1．调整分光计，使其处于工作状态。调整方法见以上所述。
2．使三棱镜的光学表面垂直望远镜光轴
（1）调载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到载物平台上，使棱镜三边与台下三个螺钉的连线所成三边互相垂直，如图5-11-10所示，这样，调节一个螺钉可以调节棱镜光学表面的倾斜度。
图5-11-8 平行光管光轴与望远镜光轴共线
图5-11-9 三棱镜最小偏向角原理图
（2）接通目镜照明光源，遮住从平行光管射来的光。转动载物平台，在望远镜中观察从三棱镜的两个光学表面AC 和AB 反射回来的十字像，只调台下三个螺钉，使其反射像都落到上十字线处，如图5-11-11所示。调节时，切莫动螺钉（12）。
注意：每个螺钉调节的动作要轻，并同时观察它对各侧面反射像的影响。棱镜调好后，其位置不能再动。
3．测棱镜顶角
对两游标作一适当标记，分别称左游标和右游标，在记录数据时，且勿颠倒。扭紧刻度盘下螺钉（15）、（16），望远镜和刻度盘固定不动。转动游标盘，使棱镜AC 面正对望远镜，如图5-11-11所示。分别记下左、右游标的读数1θ和2θ。再转动游标盘，再使棱镜AB 面正
对望远镜，再分别记下左、右游标的读数1θ'和2
θ'。同一游标两次读数之差11θθ'-或2
2θθ'-，即是载物台转过的角度Φ，所以()11222θθθθ''Φ=-+-，而Φ是A 角的补角，即
Φ-=πA
反复测量3次，数据填入表5-11-1中。
4．测三棱镜的最小偏向角 （1）使平行光管狭缝对准钠光灯光源。
（2）松开望远镜制动螺钉（16）和游标盘制动螺钉（23），把载物台及望远镜转至如图5-11-12中所示的位置（1）处，再左右微微转动望远镜，找出棱镜折射出的光线。
（3）轻轻转动载物台（改变入射角1i ），望远镜中将看到光线跟着移动。改变1i ，使光线往δ减小的方向移动
（即向顶角A 方向移动）。望远镜跟着光线移动，直到棱镜继续转动，而光线开始反向移动（即偏向角反而变大）为止。这个反向移动的转折位置，就是光线以最小偏向角射出的方向。固定载物台（锁紧螺钉23），微动望远镜，使其分划板上的中心竖线对准谱线。
（4）测量
记下此时两游标的读数1θ和2θ。取下三棱镜（载物台保持不动），转动望远镜对准平行
光管，即图5-11-12中（2）的位置，以确定入射光的位置，再记下两游标的读数1θ'和2
θ'。此时该光线的最小偏向角为
图5-11-10 三棱镜在载物台上的正确方法
图5-11-11 测棱镜顶角
图5-11-12 测量最小偏向角
2
2 2
1
1
min
θθ
θ
θ
δ
'
-+
'
-
=
反复进行三次，将数据填入表5-11-2中。将
min
δ值和测得的棱镜A角平均值代入式（5-11-2）计算n。并计算出折射率的不确定度。
教师签名：
七、实验结论与分析及思考题解答
1、对实验进行总结，写出结论：
2、思考题解答：
测定三棱镜折射率
图11-2-1测三棱镜折射率光路图 由图2-1中几何关系得到 图 11-2-2 最小偏向角测量示意图 "min ' A 11 一11 =11 - 2 2 1 i 1 C min - A) 2 设棱镜材料折射率为 n ，根据折射定律，则 A sin ? = nsin= nsin 2 (11-2-1) sin" n 二 .； min ' A sin .A sin 2 .A sin 2 (11-2-2) 由此可知，要求得棱镜材料的折射率 n ,必须测出其顶角 A 和 最小偏向角 -min 。折射率是光波波长的函数非单色光源（如汞 灯）发出的光，经过三棱镜折射以后，其中各单色光成分会有 三棱镜折射率的测定 【实验目的】 1、 了解分光计的结构及其基本原理； 2、 学习分光计的调节方法； 3、 测定三棱镜顶角，观察三棱镜对汞灯的色散现象; 4、 测定玻璃三棱镜对汞绿光或钠光的折射率。 【实验仪器】JJY 型分光计，汞灯或钠灯，平面反射镜，三棱镜 【实验原理】 一束单色光以斤角入射到AB 面上，经棱镜两次折射后，从AC 面射出来，出射角为i 2。 入射光和出射光之间的夹角 ：称为偏向角。当棱镜顶角 A 一定时，偏向角的大小随入射 角h 的变化而变化。而当i i = i 2时，：为最小（证明略）。这时的偏向角称为最小偏向角，记
不同的偏向角，出射光形成色散光谱线。偏向角可以分别测量。一般折射率常用钠黄光而言, 记做 n D 。 【实验内容】 1、 分光计的调节（调节要求和方法见前述） 图11-2-3三棱镜色散 2、 用自准直法或反射法测三棱镜的顶角 A ,测量四次（原理和方法见前述） 3、 测量低压汞灯出射光谱线中绿光的最小偏向角 1 ）将平行光管狭缝对准汞光源， 并使三棱镜、望远镜和平行光管处于如图 2-2所示相对 位置，即可在望远镜中彩色光谱线（即狭缝的单色像） 。调节缝宽，使光谱线细而清晰地 成像在望远镜分划板平面上。 2）轻轻转动载物台（改变入射角），在望远镜中将看到谱线跟着动。使谱线往3减小的方向 移动（向顶角A 方向移动）。望远镜要跟踪光谱线转动，直到棱镜继续转动，而谱线开始要 反向移动（即偏向角反而变大）为止。这个反向移动的转折位置，就是光线以最小偏向角射 出的方向。固定载物台，再使望远镜微动，使其分划板上的中心竖线对准其中的那条绿谱 线（546.1mm ）。记下此时两游标处的读数（（B r 、日2 ）,取下三棱镜（载物台保持不动），转动 望远镜对准平行光管，以确定入射光的方向，再记下两游标处的读数（ 日3、日4）。 1 3 ）按 现山=二|日3 -圳+|日 4 -日2 ），计算最小偏向角，重复测量四次，计算出 九n 的平 均值。 【数据处理与分析】 1、 列表记录所有测量数据，表格请自拟。 2、 将测出的顶角 A 和最小偏向角、打山平均值代入（2 ）式，求出绿光的折射率 n 绿。 附：不确定度计算公式如下： 、- 2 、(A i -A) 5—1 送 ? -3)2 5 5-1 1 ； min A 一 cos 2 sin A “n U)2. _ Z A i A 二 5 -Z 百 6 =—— 5 .: n .: A ■- A — cos =2 ___ A 1 . §min + A sin — - sin ------------- 2 2 2 A cos — 2 .2 A sin 一 2 7
实验14 测定玻璃的折射率
实验十四 测定玻璃的折射率 一、实验目的 测定玻璃的折射率 二、实验原理 如图1所示，abb ′a ′为两面平行的玻璃砖，光线的入射角为θ1，折射角为θ2，根据n ＝sin θ1sin θ2 可以计算出玻璃的折射率． 图1 三、实验器材 木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔． 四、实验步骤 1．用图钉把白纸固定在木板上． 2．在白纸上画一条直线aa ′，并取aa ′上的一点O 为入射点，作过O 的法线NN ′. 3．画出线段AO 作为入射光线，并在AO 上插上P 1、P 2两根大头针． 4．在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa ′对齐，并画出另一条长边的对齐 线bb ′. 5．眼睛在bb ′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P 1的像被P 2的像挡 住，然后在眼睛这一侧插上大头 针P 3，使P 3挡住P 1、P 2的像，再插上P 4，使P 4挡住P 3和P 1、P 2的像． 6．移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P 3、P 4的针孔位置确定出射光线O ′B 及出射点O ′， 连接O 、O ′得线段OO ′. 7．用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2. 8．改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的sin θ1sin θ2 ，并取平均值． 五、误差分析 1．入射光线和折射光线确定的不准确性． 2．测量入射角和折射角时的误差． 六、注意事项
图2 图3 1．玻璃砖应选用厚度、宽度较大的． 2．大头针应竖直地插在白纸上，且间隔要大些． 3．实验时入射角不宜过大或过小，一般在15°～75°之间． 4．玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线． 5．实验过程中，玻璃砖和白纸的相对位置不能改变． 记忆口诀 白纸上面画边缘，然后才放玻璃砖； 两针决定入射光，再插一针挡两像； 两针两像成一线，去砖画图是重点； 入射线，折射线，做出法线角出现； 入射角，折射角，不大不小是最好； 拿砖要触毛玻面，插针竖直做实验. 例1 一块玻璃砖有两个相互平行的表面，其中一个表面是镀银的 (光线不能通过此表面)．现要测定此玻璃砖的折射率，给定的器 材还有：白纸、铅笔、大头针4枚(P 1、P 2、P 3、P 4)、带有刻度 的直角三角板、量角器．实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相 互平行的表面与纸面垂直．在纸面上画出直线aa ′和bb ′，aa ′表示镀银的玻璃表面，bb ′表示另一表面，如图2所示．然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P 1、P 2.用P 1、P 2的连线表示入射光线． (1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P 3、P 4？试在题图中标出P 3、P 4的位置． (2)然后，移去玻璃砖与大头针．试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2.简要写出作图步骤． (3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式n ＝________. 例2 实验室有一块长方体透明介质，截面如图3中ABCD 所 示．AB 的长度为l 1，AD 的长度为l 2，且AB 和AD 边透光，而 BC 和CD 边不透光且射到这两个边的光线均被全部吸收．现让一 平行光束以入射角θ1射到AB 面，经折射后AD 面上有光线射 出．甲、乙两同学分别用不同的方法测量该长方体介质的折射率． (1)甲同学的做法是：保持射到AB 面上光线的入射角θ1不变，用一遮光板由A 点沿AB 缓慢推进，遮光板前端推到P 时，AD 面上恰好无光线射出，测得AP 的长度为l 3，则长方
大学物理实验 分光计的调整和三棱镜折射率的测定
实验二十分光计的调整和三棱镜折射率的测定 【实验目的】 1．了解分光计的结构,掌握调节和使用分光计的方法。 2．了解测定棱镜顶角的方法。 3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。 【实验器材】 分光计、钠灯、三棱镜、双面平面镜。 【实验原理】 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、光束的偏向角等，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，用来观察、测量光谱线的波长等。下面以学生型分光计（JJY 型）为例，说明它的结构、工作原理和调节方法。 一、分光计的结构 分光计主要由底座、望远镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分组成， 图 5-11-1 分光计 1-狭缝装置 2-狭缝装置锁紧螺钉 3-平行光管 4-制动架（一） 5-载物台 6-载物台调节螺钉（3 只） 7-载物台锁紧螺钉 8-望远镜 9-目镜锁紧螺钉 10-分划板 11-目镜调节手轮 12-望远镜仰角调节螺钉 13-望远镜水平调节螺钉 14-望远镜微调螺钉 15-转座与刻度盘制动螺钉 16-望远镜制动螺钉 17-制动架（二）18-底座 19-转座 20-刻度盘 21-游标盘 22-游标盘微调螺钉 23-游标盘制动螺钉 24-平行光管水平调节螺钉25-平行光管仰角调节螺钉26-狭缝宽度调节手轮每部分均有特定的调节螺钉，图 5-11-1为 JJY 型分光计的结构外型图。 1．分光计的底座要求平稳而坚实。在底座的中央固定着中心轴，望远镜、刻度盘和游标
内盘套在中心轴上，可以绕中心轴旋转。 2．平行光管固定在底座的立柱上，它是用来产生平行光的。其一端装有消色 差的汇聚透镜，另一端装有狭缝的圆筒，狭缝的宽度根据需要可在 0.02～2ｍｍ范 围内调节。 3．望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起，套在主刻度盘上，它是用 来观察目标和确定光线的传播方向。望远镜由目镜系统和物镜组成，为了调节和测 量，物镜和目镜之间还装有分划板，它们分别置于内管、外管和中管内，三个管彼 此可以相对移动，也可以用螺钉固定，如图 5-11-2 所示，在中管的分划板下方紧 贴一块 450 全反射小棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一个绿色的小 十字窗口，照明小灯发出的光线从小棱镜的另一直角边入射，从 450 反射面反射到 分划板上，透光部分在分划板上便形成一个明亮的十字窗。 4．分光计上控制望远镜和刻度盘转动的有三套结构，正确运用它们对于测量 很重要，具体如下： （1）望远镜制动和微动机构，图 5-11-1中的 16、14； （2）分光计游标盘制动和微动控制机构，图 5-11-1 中的 23、22； （3）望远镜和刻度盘的离合控制机构，图 5-11-1 中的 15。 转动望远镜或移动游标位置时，都要先松开相应的制动螺钉；微调望远镜及游 标位置时要先拧紧制动螺钉。 要改变刻度盘和望远镜的相对位置时，应先松开它们间的离合控制螺钉，调整 后再拧紧。 一般是将刻度盘的 00 线置于望远镜下，可以避免在测角度时，00 线通 过游标引起的计算上的 图 5-11-2 望远镜结构 1-物镜 2-外管 3-分划板 4-中管 5-目镜系统 6-内管 7-小灯 图 5-11-3 分划板 1-镜面反射像 2-上十 字线 3-十字窗口
三棱镜折射率
三棱镜折射率 测定的不同方法比较
姓名:YUE 摘要：折射率为一光学常数，它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。折射率是反映透明介质材料光学性质的一个重要参数。测量三棱镜的折射率，常用的方法很多，其中最小偏向角法和布儒斯特角法是大学物理中运用到的两个重要实验，此外还可以利用临界角法（全反射法）来测量三棱镜的折射率。根据对这三种方法的实验原理、实验步骤以及对实验的误差进行分析比较，总结得出各种测量方法的优点与缺点。 关键词：最小偏向角；布儒斯特角；临界角；折射率 引言 在生产和科学研究中往往需要测定一些固体和液体的折射率。三棱镜的折射率可以用很多方法和仪器来测量，方法和仪器的选择取决于对测量结果精度的要求。在分光计上用最小偏向角法测量棱镜的折射率可以达到较高的精度，所测折射率的大小不受限制。同时最小偏向角法还可以用来测定光栅常数。因此，学习和掌握三棱镜最小偏向角的测量原理和方法，有很大的实用意义。 布儒斯特角法测量三棱镜折射率原理简单，过程复杂。一般对布儒斯特角的测量，利用高校物理实验室都有的测量液体折射率实验装置,可以既简单又较精确地测量布儒斯特角,并验证布儒斯特定律。但是一般实验中常利用目测消光的方法来测量，由于目测的不精确性就给结果造成了较大的误差。所以在实验中我们利用功率功率激光探头来测量光强，减小实验误差。 临界法（全反射法）属于比较测量，利用光学中的全发射，光从三棱镜射入空气中，入射角为某一数值时，会发生全反射，而且这种方法的实验步骤与最小偏向角法相似，操作过程简单。
一、 实验原理 1.1 分光计简介 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，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。 图1.1.1为学生分光计[1] 的读数与角度计算原理图。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似于游标卡尺读数，主刻度盘上每一小格为03'，游标尺上最小分度值为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03'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1α和2α。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12ααα-=，若转动过程中游标尺经过零刻度线，则望远镜的转动角度为1 2360ααα--?=[2] 。 图1.1.1 分光计的读数与角度计算图 1.2 最小偏向角法测量三棱镜折射率原理 参见图1.2.1，一束平行的单色光射向一棱镜，先后经棱镜表面两次折射，使得出射 360o －|α1－α2| |α1－α2| 1 180 2 A r ’ i ' G F δ r ' i
分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定
分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定 光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面时，会发生反射和折射，光线将改变传播的方向，结果在入射光与反射光或折射光之间就存在一定的夹角。通过对某些角度的测量，可以测定折射率、光栅常数、光波波长、色散率等许多物理量。因而精确测量这些角度，在光学实验中显得十分重要。 ?? 分光计是一种能精确测量上述要求角度的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且操作复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，方能获得较高精度的测量结果。 分光计的调整思想、方法与技巧，在光学仪器中有一定的代表性，学会对它的调节和使用方法，有助于掌握操作更为复杂的光学仪器。对于初次使用者来说，往往会遇到一些困难。但只要在实验调整观察中，弄清调整要求，注意观察出现的现象，并努力运用已有的理论知识去分析、指导操作，在反复练习之后才开始正式实验，一般也能掌握分光计的使用方法，并顺利地完成实验任务。 【实验目的】： 1．了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法； 2．掌握测定棱镜角的方法； 3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。 【实验仪器】： 分光计（JJY型1’），双面镜，钠灯，三棱镜。 【实验原理】： ?? 三棱镜如图1 所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。
图1三棱镜示意图 ?? 1．反射法测三棱镜顶角 如图2 所示，一束平行光入射于三棱镜，经过AB面和AC面反射的光线分别沿和方位射出，和方向的夹角记为，由几何学关系可知：?? 图2反射法测顶角 2．最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率 假设有一束单色平行光LD入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射光线LD与出射光线ER间的夹角称为偏向角，如图3所示。
实验15 用分光计测定三棱镜折射率
实验 15 用分光计测定三棱镜折射率 亡灵311300 【实验目的】 1.了解分光计的主要构造及各部分的作用。 2.掌握分光计的调节要求和使用方法。 3.光测光的色散现象。 4.学习三棱镜顶角的测量方法。 5.学习用最小偏角法测定棱镜材料的折射率。 【仪器用具】 JJY 型分光计、汞灯及电源、三棱镜、平面反射镜 【实验原理】 1.用最小偏向角测定三棱镜的折射率n 如图15-1所示，有一折射率为n 的三棱镜，一束平行光的单色光以入射角i 1(入射光与AB 面法线的夹角)入射到三棱镜的AB 面上，经两次折射后由另一面AC 射出，出射角（出射光与AC 面法线的夹角）为i 2，入射光与出射光之间的夹角称为偏向角，理论上可以证明，当入射角i 1等于出射角i 2时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δ。 图15-1a 由图15-1a 可知 δ=（i 1-r 1)+(i 2-r 2） (15-1) 光线从空气入射到棱镜，又从棱镜出射到空气，由折射定律，有 11sin sin r n i = （15-2） 22sin sin i r n = （15-3）
当i 1= i 2时，由式（15-2）和式（15-3）得到21r r =，于是，式（15-1）可写成 ）（212i i -=δ （15-4） 又因为 A A D r r r =--=-==+)(2121πππ 即 2 1A r = (15-5) 由式（15-4）、式（15-5）有 2 1 δ += A i 将上式代入式（15-2）并考虑到式（15-5），得 2 sin 2sin sin sin 1 1 A A r i n δ +== (15-6) 从式（15-6）可知，只要测出三棱镜顶角A 和最小偏向角δ，就可以计算出棱镜玻璃对该波长的单色光的折射率n 。 当入射光不是单色光时，虽然各种波长的光的入射角都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不同。对于一般透明材料来说，折射率 随波长的减小而增大，通常，手册中给出的材料 的折射率如果没做特别标明的话，一般都是指该 材料对波长为589.3nm 的钠黄光而言的。 2.用反射法测定三棱镜顶角的原理 图15-2所示为反射法测三棱镜顶角的光 路图。一束平行光入射到三棱镜上，被三棱 镜的两个光学面反射，由几何关系和光的反 射定律得到，两个光学面的反射光之间的夹 角A 212=ψ，其中A 是三棱镜的顶角。即只 要测出12ψ，就可以得顶角
掠入射法测量棱镜的折射率实验报告
、实验名称:掠入射法测量棱镜的折射率 二、实验目的： 掠入射法测定棱镜的折射率。 三、实验器材： 分关计、钠光灯（波长打=589.3nm ）、棱镜、毛玻璃。 四、实验原理： 如图所示为掠入射法。用单色扩展光源照射到棱镜AB面上，使扩展光源以 约90角掠入射到棱镜上。当扩展光源从各个方向射向AB面时，以90入射的光线的内折射角最大，为i2max，其余入射角小于90的，折射角必小于i2max，出射角必大于i lmin，而大于90的入射光不能进入棱镜。这样，在AC侧面观察时，将出现半明半暗的视场。明暗视场的交线就是入射角i^ 90的光线的出射方向。可以证明： 掠入射法 五、实验步骤: 1、由于扩展光源辐射进棱镜的入射角度具有一定的范围，因此在AC出射面观察出射光时，可看到入射角满足hmin < i^：：90的入射光线产生的各种方向的出射光
形成一个亮区，存在两条明暗交界线。合理摆放钠光灯光源与棱镜入射面的位置，在望远镜中找出这个亮区。 2、旋转载物台，使入射到棱镜入射面的光线越来越少，当光源只有入射角约90"的入射光线射入棱镜，望远镜中观察到的视场将由亮区慢慢收窄成为一条清晰的细亮线，此时的亮线就是入射角i^ 90的光线的出射方向。记录此时亮线的角度 i lmin o 3、测量棱镜的顶角：?，计算棱镜折射率。 六、实验数据记录 棱镜顶角的测量数据 最小出射角测量数据 七、数据处理:
1、由棱镜顶角的测量数据可得: 干 59.515 能湎 6016 5 9.5°2 =59.5；38 4 2、测量不确定度 1(59.538，—59.5l5： +(59.538—59.537^ +(59.5：38 —60：16彳 +(59.5始8"—59.5^025 =0；4' 所以：一:—:.=59.538.04' 3、由最小出射角测量数据可得: 39.518' 3902' 3906'嘶08' = 3928' sin : 所以 n =n - n =1.59 — 0.07 平均值 Aa = 迟(X —X i J i 丄 所以hmin -kmin 二'■ i 1min =3928'二 O'4' 4、由 cos t " sin i 1min 可得: 平均值1min 2 cos 。+si n imin cos59.5‘38”sin39‘28' 丫 ；n ：： sina 丿 sin 59.538 1 ： 1.59 于也爲 <^1min = 0.07
用分光计测定三棱镜玻璃的折射率实验
实验三分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定 光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面时，会发生反射和折射，光线将改变传播的方向，结果在入射光与反射光或折射光之间就存在一定的夹角。通过对某些角度的测量，可以测定折射率、光栅常数、光波波长、色散率等许多物理量。因而精确测量这些角度，在光学实验中显得十分重要。 ?? 分光计是一种能精确测量上述要求角度的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且操作复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，方能获得较高精度的测量结果。 分光计的调整思想、方法与技巧，在光学仪器中有一定的代表性，学会对它的调节和使用方法，有助于掌握操作更为复杂的光学仪器。对于初次使用者来说，往往会遇到一些困难。但只要在实验调整观察中，弄清调整要求，注意观察出现的现象，并努力运用已有的理论知识去分析、指导操作，在反复练习之后才开始正式实验，一般也能掌握分光计的使用方法，并顺利地完成实验任务。 【实验目的】： 1．了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法； 2．掌握测定棱镜角的方法； 3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。 【实验仪器】： 分光计（JJY型1’），双面镜，钠灯，三棱镜。 【实验原理】： ?? 三棱镜如图1 所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。 图1三棱镜示意图 ?? 1．反射法测三棱镜顶角 如图2 所示，一束平行光入射于三棱镜，经过AB面和AC面反射的光线分别沿和方位射出，和方向的夹角记为，由几何学关系可知：
测定三棱镜折射率实验报告_0
测定三棱镜折射率实验报告 各位读友大家好！你有你的木棉，我有我的文章，为了你的木棉，应读我的文章！若为比翼双飞鸟，定是人间有情人！若读此篇优秀文，必成天上比翼鸟！ 【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%26#8197;ABC%26#8197;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%26#8197;为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。假设某一波长的光线%26#8197;LD%26#8197;入射到棱镜的%26#8197;AB%26#8197;面上，经过两次折射后沿%26#8197;ER%26#8197;方向射出，则入射线%26#8197;LD%26#8197;与出射线%26#8197;ER%26#8197;的夹
角%26#8197;%26#8197;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%26#8197;，所以%26#8197;，又因为%26#8197;，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
[实用参考]大学物理实验报告册-测三棱镜的折射率
用分光计测棱镜折射率 实验日期-----实验组号----实验地点----报告成绩 [实验目的] 1.———— 2．———— [实验仪器] 1.分光计的结构，主要由------------、------------、-------------和------------组成。 2．平行光管由------和----------组成。 3.望远镜主要由-----，-------和-------组成。 4．读数装置由-------与---------组成.刻度盘分为360°，最小刻度为-------。在刻度盘内同一直径的两端各装一个游标为了消除刻度盘与分光计中心轴线之间的--------- [实验原理摘要] 最小偏向角，用δmin 表示，棱镜玻璃的折射率n 与棱镜顶角A 、最小偏向角δmin 有如下关系. n [实验内容及步骤] 1. 分光计的调整：为了测准入射光与出射光传播方 向之间的角度，分光计的调整必须做到----------------------------------------------------------------；-----------------------------------------------；-----------------------------------------------。 调整顺序 （1）目测粗调 （2）调节望远镜： a.调整--------看清目镜中十字叉丝; b.开小灯泡电源开关; c 按图2放置平面镜，当需要改变平面镜的倾斜度时，只要调节螺丝B 1或螺丝B 3. d.旋转------，使平面镜偏离望远镜一小角度，从望远镜外侧在平面镜内寻找绿光斑 图1 三棱镜的折射 图2 B 1 B 2 B 3
用分光计测定棱镜玻璃的折射率
用分光计测定棱镜玻璃的折射率 折射率是物质的一种重要的光学常数，在工农业生产及许多科研部门都会遇到折射率的测量问题。测量折射率的方法很多，较简单的有插针法、读数显微镜法；较精确的是利用分光计来测定的棱镜法。即把玻璃做成棱镜，用分光计来进行测量。分光计是一种用于角度精确测量的典型光学仪器，常用来测量光波波长、折射率、色散率、观测光谱等。而用分光计对棱镜折射率的测量又可分为最小偏向角法、布儒斯特角法、折射极限法等。 实验内容 由于分光计精密度高，结构较为复杂，很多初学者在进行调节时，感到颇不容易。其实，只要结合实验内容，注意了解它的一些最基本的结构及测量光路，严格按照有关步骤和要求，耐心调节，是完全可以掌握的。 1、熟悉结构 对照分光计的结构图和实物，熟悉分光计各部分的具体结构及其调整、使用方法。 2、按摆位要求在载物台上放上平面反射镜，调整望远镜目镜、物镜焦距，使叉丝和反射镜上的小“十”字反射像清晰。 3、调节载物台平面和望远镜，使望远镜主光轴与分光计中心轴垂直。 4、打开汞灯，调节平行光管，使出射平行光光轴与望远镜主光轴重合。 5、按摆位要求放上三棱镜，调节载物台平面，使三棱镜两折射面与分光计中心轴平行（即与已调好的望远镜光轴垂直）。 6、用自准法或反射法测出三棱镜的顶角α 。 7、按要求调节平行光管、望远镜和载物台，测量出最小偏向角γmin, 将γmin和顶角α代入公式求出三棱镜的折射率n。 注意：在测量中，应将三棱镜角的折射棱靠近中心放置，否则由棱镜两折射面所反射的光将不能进入望远镜。 实验的重与难点 1、分光计的调节方法，包括望远镜目镜调节和调焦、平行光管的调节等。 2、分光计角游标的原理和读数方法。 3、实验过程中注意体会由粗调到细调、按规律调整精密光学仪器的思想和方法、消除分光计偏心差的方法、消除视差的方法以及消除螺距差的方法。 4、掌握渐进法，调节望远镜光轴与分光计中心轴严格垂直
用分光计测定三棱镜的折射率
用分光计测定三棱镜的折射率 一、实验目的 1、加深对分光计结构、作用及工作原理的了解,熟练掌握分光计的调节方法; 2、握测量棱镜玻璃折射率的方法，并用最小偏向角法测定三棱镜的折射率。 二、实验原理 分光计的结构、调节方法及工作原理，我们已在其它实验中作了介绍,这里不再赘述。下面介绍最小偏向角法测棱镜玻璃的折射率。 将待测的光学玻璃制成三棱镜，测量原理见图1。 一束单色平行光以入射角投射到棱镜面AＢ上，经棱镜两次折射后以角从AC面射出,成为光线,则入射光与出射光的夹角成为偏向角。其大小为: 即
因为棱镜已经给定,所以顶角A和折射率n已确定不变,所以偏向角是的函数，随入射角而变.转动三棱镜,改变入射光对光学面AB的入射角，出射光线的方向也随之改变,即偏向角发生变化。沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小;当转到某个位置时,若再继续沿此方向转动,偏向角又将逐渐增大，偏向角在此位置达到最小值,称为最小偏向角，用表示。用微 商算法可以证明，当(或）时，偏向角有最小值，此时有，,根据折射定律，三棱镜的折射率为 实验中,利用分光计测出三棱镜的顶角及最小偏向角,即可由上式算出棱镜材料的折射率n. 三、实验仪器 JJY型１′分光计,玻璃三棱镜,水银灯，平面反射镜 四、实验内容 1、调节分光计 (1)调节望远镜聚焦于无穷远． （2)调节望远镜光轴与分光计转轴垂直。 (3）调节平行光管产生平行光。 （４)调节平行光管光轴与分光计转轴垂直. 2、调节三棱镜并测量三棱镜顶角Ａ
（１)棱镜的主截面与望远镜光轴平行，注意三棱镜在活动平台上的放置方法。 (２)测量棱镜的顶角Ａ。 ３、测定最小偏向角 本实验中，我们采用水银灯作为光源，在上述调好望远镜和三棱镜的基础上，测定棱镜对水银绿谱线（)的最小偏向角. (1)用水银灯照亮平行光管的狭缝，转动游标盘(连同载物台)，使待测棱镜处在如图２示的位置上。转动望远镜至棱镜出射光的方向，观察折射后的狭缝像,此时在望远镜中就能看到水银光谱线(狭缝单色像)。将望远镜对准绿谱线。 （2）慢慢转动游标盘,改变入射角，使谱线往偏向角减小的方向移动,同时转动望远镜跟踪绿谱线。当游标盘转到某一位置,绿谱线不再向前移动而开始向相反方向移动时,也就是偏向角变大,那么这个位置就是谱线移动方向的转折点，此即棱镜对该谱线的最小偏向角的位置。 (3)将望远镜的竖直叉丝对准绿谱线，微调游标盘,使棱镜作微小转动，准确找到谱线开始反向的位置，然后固定游标盘,同时调节望远镜微调螺钉,使竖直叉丝对准绿谱线的中心，记录望远镜在此位置时的左、右游标的读数、。 (４)取下三棱镜,游标盘固定不动，将望远镜(连同刻度盘)转到入射光线的方向，让竖直叉丝对准白色狭缝像,记下相应的左、右游标的读数、。由此可以确定出最小偏向角，即
玻璃折射率的测定
一 用最小偏向角法测棱镜玻璃折射率 【实验目的】 1．进一步熟悉分光计调节方法； 2．掌握三棱镜顶角，最小偏向角的测量方法。 【实验仪器】 JJY 型分光计、低压钠灯、平面反射镜、等边三棱镜。 【实验原理】 一束平行的单色光，从三棱镜的一个光学面（AB 面）入射，经折射后由另一光学面（AC 面）射出，如图5.11.1所示。入射光和AB 面法线的夹角i 称为入射角，出射光和AC 面法线的夹角i '称为出射角，入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。可以证明，当入射角i 等于出射角i '时，入射光和反射光之间的夹角δ最小，称为最小偏向角m in δ。 由图5.11.1可知)''()(r i r i -+-=δ，当'i i =时，由折射定律有'r r =，得 )(2min r i -=δ (5.11.1) 又 因 A A G r r r =-π-π=-π==+)(2' 所以 = r 2 A (5.11.2) 由式（5.11.1）和式（5.11.2）得 2 min δ+= A i 由折射定律有 2 sin 2sin sin sin min A A r i n δ+== (5.11.3) 由式（5.11.3）可知，只要测出最小偏向角min δ（顶角已知），就可以计算出棱镜玻璃对该波长的折射率。 图5.11.2 测最小偏向角示意图 A B C A i i ' r r ' 12δ① ②图5.11.1
【实验内容】 1．正确调整分光计，使其满足实验要求（参阅§3.9） 2．测定玻璃三棱镜对钠光黄光的最小偏向角 如图5.11.2所示，旋载物台，使一光学面AC 与平行光管入射方向基本上垂直。当一束钠黄单色光从平行光管发出平行光射向三棱镜AB 光学面，经过三棱镜AC 光学面折射出来，望远镜从毛面BC 底边出发，沿着逆时针旋转，会看到清晰的狭缝像，说明找到折射光路。此时转动小平台连同棱镜，观察狭缝像运动状态，如果向右移动，偏向角δ变小。再转小平台狭缝像会走到一定位置转折，使δ偏大，此转折点即为该光谱线的最小偏向角位置，把望远镜对准这个转折点，记录下来，为m in T 、min 'T 。然后使望远镜对准入射光（平行光管位置），读取方位为0T 与0'T ，则最小偏向角 ]''[2 1 0min 0min min T T T T -+-=δ 3．计算棱镜折射率 ]''[2 1 0min 0min min T T T T -+-=δ 平均== δ- - n min 4．不确定度计算（绝对不确定度传递公式） min 22min 22)22()( δδ?+???=?n a n a n 5．结果表示 n n n ?±=- 【注意事项】
实验十五棱镜玻璃折射率的测定
实验十五棱镜玻璃折射率的测定 一、实验目的要求 1、了解分光计的结构及其基本原理； 2、学习分光计的调节方法； 3、观察三棱镜对汞灯的色散现象； 4、测定玻璃三棱镜对汞绿光或钠黄光的折射率。 二、仪器用具 JJY-2型分光仪、钠灯及电源、汞灯及电源、三棱镜一块。 三、实验原理 一束单色光以1i 角入射到AB 面上，经棱镜两次折射后，从AC 面射出来， 出射角为2i '。入射光和出射光之间的夹角δ称为偏向角。当棱镜顶角A 一定时，偏向角δ的大小随入射角1i 的变化而变化。而当12 i i '=时，δ为最小(证明略)。这时的偏向角称为最小偏向角，记为min δ。 图7-1测三棱镜折射率光路图 图7-2最小偏向角测量示意图由图7-1中几何关系得到 2'1A i =221'11min A i i i -=-=δ(7-1))(2 1min 1A i +=δ设棱镜材料折射率为n ，根据折射定律，则 2 sin sin sin '11A n i n i ==故2 sin 2sin 2sin sin min 1A A A i n +==δ(7-2)由此可知，要求得棱镜材料的折射率n ，必须测出其顶角A 和最小偏向角min δ。折射率是光波波长的函数非单色光源（如汞灯）发出的光，经过三棱镜折射以后，其中各单色光成分会有不同的偏向角，出射光形成色散光谱线。 偏向角
可以分别测量。一般折射率常用钠黄光或汞绿光而言， 记做D n 。 四、实验内容 1．分光计的调节（调节要求和方法见前实验）图7-3三棱镜色散 2．用汞光灯照亮狭缝，使平行光管出射平行光。 3．将已知棱镜角为A 的待测棱镜按图7-2所示放置于载物台上。 首先，直接用眼睛从棱镜的光线出射面看色散后形成的光谱线。然后慢慢转动棱镜，大略找出最小偏向角位置T 1，即使谱线往偏向角减小的方向移动。当棱 镜转到某一位置时，谱线不再移动，如果使棱镜继续沿原方向转动，则可以看到谱线反而往相反方向移动，即偏向角反而变大，这个谱线反向移动的转折位置，就是棱镜对该谱线的最小偏向角位置。将望远镜筒按此目光方向安放，谱线应在目镜视场中出现，再轻轻转动棱镜，在目镜视场内细调谱线正反向移动的确切位置，用望远镜叉丝对准绿色谱线中心，记录望远镜处于T 1位置时的度盘左右读 数。 4．将棱镜转一个角度，用同样方法测出望远镜在T 2位置时的症盘左右读数，则)(2 112T T -即为三棱镜对汞光谱线的最小偏向角值。5．多次测量之后，将棱镜顶角和最小偏向角的平均值，代人公式，计算棱镜折射率。 次数123 度盘左右左右左右T1位置 T2位置 =δ) (12T T -min δn 五、问题，思考题
掠入射法测量棱镜的折射率实验报告
一、实验名称:掠入射法测量棱镜的折射率 二、实验目的： 掠入射法测定棱镜的折射率。 三、实验器材： 分关计、钠光灯（波长0=589.3nm λ）、棱镜、毛玻璃。 四、实验原理： 如图所示为掠入射法。用单色扩展光源照射到棱镜AB 面上，使扩展光源以约90 角掠入射到棱镜上。当扩展光源从各个方向射向AB 面时，以90 入射的光线的内折射角最大，为2max i ，其余入射角小于90 的，折射角必小于2max i ，出射 角必大于1min i '，而大于90 的入射光不能进入棱镜。这样，在AC 侧面观察时，将出现半明半暗的视场。明暗视场的交线就是入射角190i = 的光线的出射方向。可以证明： 2 1min cos sin 1sin i n αα'+??=+ ??? 掠入射法
五、实验步骤： 1、由于扩展光源辐射进棱镜的入射角度具有一定的范围，因此在AC 出射面观察出射光时，可看到入射角满足1min 190i i << 的入射光线产生的各种方向的出射光形成一个亮区，存在两条明暗交界线。合理摆放钠光灯光源与棱镜入射面的位置，在望远镜中找出这个亮区。 2、旋转载物台，使入射到棱镜入射面的光线越来越少，当光源只有入射角约 90 的入射光线射入棱镜，望远镜中观察到的视场将由亮区慢慢收窄成为一条清 晰的细亮线，此时的亮线就是入射角190i = 的光线的出射方向。记录此时亮线的角度1min i 。 3、测量棱镜的顶角α，计算棱镜折射率。 六、实验数据记录: 棱镜顶角的测量数据 最小出射角测量数据 次数 左1? 右1? 左2? 右 2? ? α 1 2 3 次数 左1? 右1? 左 2? 右 2? min 1'i 1 2 3
三棱镜折射率的测定方法
浙江师范大学 学科论文 题目分光计测三棱镜折射率 专业物理学 课程普通物理实验3 教师许富洋 组员翁振宇吴立足陈少明班级物理082 学号08180232 08180233 08180215编号 二0一0年六月二日
分光计测三棱镜折射率 摘要：介绍了光学仪器以及如何使用分光计来测量三棱镜的折射率，主要运用三种方法：最小偏向角发、掠入射法和任意偏向角法，具体分析了各种方法的步骤、注意事项和它们各自的优缺点，最后对实验得出的数据进行总结与分析。 关键词：分光计；折射率；顶角；最小偏向角 光在真空中的传播速度为c，在媒质中的传播速度u总是小于c，其比值c/u称为该媒质的折射率n。实际上，折射率n也体现该材料的折光性能。而分光计是一种测量角度的精密仪器，如图。其基本原理是，让光线通过狭缝和聚焦透镜形成一束平行光线，经过光学元件的反射或折射后进入望远镜物镜并成像在望远镜的焦平面上，通过目镜进行观察和测量各种光线的偏转角度，从而得到光学参量例如折射率、波长、色散率、衍射角等。 而在本次实验中，我们采用了最小偏向角发、掠入射法和任意偏向角法这三种方法来分别测量同一块三棱镜的折射率，比较它们之间的异同与优劣势，从而达到本次开放实验的目的，开阔了我们的思维，增强了我们参与意识和主动性、创造性，提高了我们的学习兴趣。 1 测量方法 1.1 对分光计的进行调节 （1）粗调 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，调节望远镜和平行光管各自的仰角调节螺钉使它们的光轴与刻度盘平行。经过粗调，使得调整的范围大大缩小，提高实验的效率。 （2）细调 A.为了使眼睛通过目镜能够清楚地看到分划板上的刻线，先要对望远镜的目镜进行调焦，确保在后续的操作中能看到清晰的像； B.将分划板调到物镜焦平面上，使得能够把前面入射的平行光线聚焦在分划板上； C.放置双面镜在载物台时让双面镜置在某个螺钉上方，而且尽量使双面镜所在的面垂直平分另外两
测定棱镜折射率
通过测量棱镜顶角计算其最小偏向角及折射率 （内江师范学院，四川 内江 641112） 摘要：棱镜是一种常见的光学元件，是研究几何光学的重要仪器，了解棱镜的性质有利于对光进行进一步研究。三棱镜的最小偏向角是棱镜仪器设计和使用的一个重要参数，讨论用恒偏向角法测量三棱镜折射率的原理，利用分光计测定棱镜的顶角，从而计算该棱镜的最小偏向角以及折射率。 关键词:三棱镜;最小偏向角;折射率 中图分类号：O435 文献标识码：A 文献编号: By measuring the prism ’s point angle to calculate the minimum deviation angle and refractive index Abstract: Prism is a common optical element,and an important instrument in research of geometric optics.Understanding the nature of prism is conducive to the further study of light.The minimum deviation angle of the triple prism is an important parameter for projecting and applying in appliance.Discussing the theory of the triple prism ’s refractive index by the deflection means. Determining the prism ’s point angle by the spectrometer.Thus calculated the minimum deviation angle and refractive index. Key words: the triple prism; the minimum deviation angle; refractive index 0 引言 分光计是一种精确测量角度的光学仪器。学习和掌握分光计测量棱镜最小偏向角的原理和方法是相当重要的。利用分光计测得三 棱镜的顶角A 和最小偏向角0θ。根据公式： 2 sin 2sin sin sin 021A A i i n +==θ 计算出三棱镜的折射率n ，从而得到光的色散规律。 1、测定棱镜的顶角 三棱镜如右图所示，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。 A B αC
大学物理实验分光计的调整和三棱镜折射率的测定
实验二十 分光计的调整和三棱镜折射率的测定 【实验目的】 1．了解分光计的结构,掌握调节和使用分光计的方法。 2．了解测定棱镜顶角的方法。 3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。 【实验器材】 分光计、钠灯、三棱镜、双面平面镜。 【实验原理】 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、光束的偏向角等，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，用来观察、测量光谱线的波长等。下面以学生型分光计（JJY 型）为例，说明它的结构、工作原理和调节方法。 一、分光计的结构 分光计主要由底座、望远镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分组 成，每部分均有特定的调节螺钉，图5-11-1为JJY 型 分光计的结构外型图。 1．分光计的底座要求平稳而坚实。在底座的中央固定着中心轴，望远镜、刻度盘和游标内盘套在中心轴上，可以绕中心轴旋转。 2．平行光管固定在底座的立柱上，它是用来产生平行光的。其一端装有消色差的汇聚透镜，另一端装有狭缝的圆筒，狭缝的宽度根据需要可在0.02～2 图5-11-1 分光计 1-狭缝装置 2-狭缝装置锁紧螺钉 3-平行光管 4-制动架（一） 5-载物台 6-载物台调节螺钉（3只） 7-载物台锁紧螺钉 8-望远镜 9-目镜锁紧螺钉 10-分划板 11-目镜调节手轮 12-望远镜仰角调节螺钉 13-望远镜水平调节螺钉 14-望远镜微调螺钉 15-转座与刻度盘制动螺钉 16-望远镜制动螺钉 17-制动架（二） 18-底座 19-转座 20-刻度盘 21-游标盘 22-游标盘微调螺钉 23-游标盘制动螺钉 24-平行光管水平调节螺钉 25-平行光管仰角调节螺钉 26-狭缝宽度调节手轮