用分光计测光学玻璃折射率 喀什师范学院物理系实验教研室

用分光计测光学玻璃折射率 一、实验引入 二、实验目的与内容 三、实验原理 五、调节技术与问题讨论 四、分光计介绍

一、实验引入 ä 精确测量光线偏折的角度是光学实验技术重要内容 光的反射、折射定律 —— 光线偏折时角度间的相互关系 光的反射、折射定律 —— 光线偏折时角度间的相互关系 光的衍射、散射等物理现象与角度有关 光的衍射、散射等物理现象与角度有关 折射率、色散率、光栅常数和光波波长等 —— 测量角度 折射率、色散率、光栅常数和光波波长等 —— 测量角度 ä 分光计 —— 精确测量角度的基本光学仪器 常用来测量折射率、色散率、光栅常数、光波波长和 常用来测量折射率、色散率、光栅常数、光波波长和 观察光谱等 观察光谱等 ä 与科研常用仪器如单色仪、摄谱仪等有相似之处

1. 了解分光计的构造原理 2. 掌握分光计的调节方法 3. 用分光计测量三棱镜顶角 4. 分光计测量玻璃的折射率 二、实验目的与内容

一束平行单色光射入三棱镜的 AB 面, 经折射后从另一面 AC 射出, 入射光和出射光之间的夹角称为 偏向角. 可以证明当入射角 等于 出射角 时, 偏向角 有最小值, 称 为最小偏向角，以 表示. 一束平行单色光射入三棱镜的 AB 面, 经折射后从另一面 AC 射出, 入射光和出射光之间的夹角称为 偏向角. 可以证明当入射角 等于 出射角 时, 偏向角 有最小值, 称 为最小偏向角，以 表示. A B C 根据折射定律，棱镜的折射率 n 三、实验原理

四、分光计介绍 平行光管平行光管 自准望远镜自准望远镜 三棱镜 载物台 刻度圆盘 游标 1 、分光计的结构

2 、分光计的光学系统

平面反射镜 自准望远镜 自准望远镜 分划板（叉丝）灯 物镜目镜 当物镜和目镜的焦平面与分划板重合时，从目镜中可 同时观察到分划板和它的反射象，且无视差。此时望 远镜适合于观察无穷远，即对无穷远聚焦。 分划板

平行光管 平行光管 狭缝象 物镜 狭缝 平行光管主要由双胶合物镜、狭缝 组成，当狭缝位于物镜的焦平面上时， 从狭缝射出的光线经物镜后就成为平行 光线，由望远镜目镜可清晰地看到狭缝 象。 光源

3 、分光计的读数方法 主刻度盘 游标盘 游标窗口 233º 13΄

4 、三棱镜的放置方法

使载物平台水平 使望远镜光轴水平 A 粗调 —— 目测 三棱镜反射镜放在载物平台上，视场中能看到十字像。 1. 分光计的调节步骤 分光计的调整要求 望远镜能接收平行光，且光轴垂直于分光计的主轴； 平行光管出射平行光，其光轴也垂直于分光计的主轴。 五、调节技术与问题讨论 望远镜调焦于无限远 B 细调

⑵ 用自准直法将望远镜调焦到无穷远 叉丝像 分划板视场 透光窗 反射像 旋转目镜调节鼓轮 ⑴ 伸缩目镜筒 ⑶

C. 调节平行光管 1. 调节平行光管的狭缝的前后位置， 使望远镜视场中能看到清晰的狭缝 像（白线）。 2. 调节狭缝的粗细调节旋钮，使缝 宽适当。一般在测量时，狭缝较细 读数才能准确。 3. 转动狭缝套筒，使狭缝水平，调 节平行光管的斜度调节螺丝，使视 场中的狭缝像居中，上下对称。 将已调节好的望远镜正对着平行光管，打开光源，照亮狭缝。 步骤： 放大的望远镜 视 场

2. 反射法（或自准直法）测三棱镜顶角 平行光管出射的平行 光射向三棱镜的两个 光学表面，用望远镜 分别接收两表面的反 射光，就可计算出两 束光的夹角 Φ 。由几 何关系可以证明 Φ 与 三棱镜顶角 A 的关系 为： Φ = 2A

3. 用望远镜找最小 偏向角的准确位置 方法 a. 移动望远镜, 使 之 能在视场中能看到 狭缝象。 b. 移动载物台, 找到 狭缝象的转折点 ( 偏 向角不再减小, 反而 增大的位置。 载物台 平行光管 望远镜 望远镜 望远镜 放大的望远镜视场 转折点 折射方向 入射方向入射方向

c. 移动望远镜, 使 竖直差丝与狭缝 象的转折点处重合。 d. 转动载物台, 验 证重合与否。 e. 分别从两游标 读数。记为 和 。载物台 平行光管 望远镜 望远镜 放大的望远镜视场 转折点

4. 望远镜瞄准平行光管 方法 : 1. 从载物台上取下 棱镜。 2. 使望远镜与平行 光管同轴, 叉丝对 准狭缝象。 3. 分别从两游标读 数, 记为 和 。载物台 平行光管 望远镜望远镜 望远镜望远镜 放大的望远镜 视 场

实验要求 :  测三棱镜顶角, 每个数据重复测 5 次 ;  测最小偏向角, 每个数据重复测 5 次 ;  计算不确定度, 求出玻璃折射率的结果表 达式.  测三棱镜顶角, 每个数据重复测 5 次 ;  测最小偏向角, 每个数据重复测 5 次 ;  计算不确定度, 求出玻璃折射率的结果表 达式.

1. 什么是最小偏向角？ 2. 分光计读数盘为什么设置两个读数窗？ 消除偏心差 主刻度盘 游标盘 问题讨论

3 为什么从望远镜里看到十字叉丝和上十字叉丝重 和，就能保证载物台和望远镜光轴严格水平？

注意 1. 计算转角 ，如望远镜由位置 到位置 没有经过刻度盘零点，则 ，若由 到 经过刻度盘零点，读数时应加 360 度.

实验原理 由理论计算可知，三棱镜对某一光波的 由理论计算可知，三棱镜对某一光波的 折射率 n 为： 式中， A 为所用棱镜的折射棱角（即顶角）， δ min 为该波长所对应的最小偏向角。

●●●三棱镜最小偏向角 δ min 的测量 A 三棱镜底边 平行光管 望远镜 δ( 偏向角 ) 测量光路图

如图安排光 路，固定游 标盘（载物 平台），按 图转动角度 盘（望远镜 ），在望远 镜视野中找 到低压汞灯 的彩色光谱 。

以测量绿光的最小偏向角为例 : 固定望远镜，转 以测量绿光的最小偏向角为例 : 固定望远镜，转动游标盘，使绿光向偏向角减小的方向移动，千万 别移出视野 ; 固定游标盘，转动望远镜，使绿光移 到视野中央 ; 再固定望远镜，转动游标盘，重复上 述过程 ; 当绿光达到偏向角最小时固定游标盘. 转 动望远镜，使绿光和垂直叉丝重合，读出两个游标 处的读数 φ ‘ 1 （ 1 ）、 φ ’ 1 （ 2 ），再转动望远镜，使 望远镜和平行光管成一直线，使白光和垂直叉丝重 合，读出两个游标处的读数 φ ‘ 0 （ 1 ）、 φ ’ 0 （ 2 ）， 代入公式，求出最小偏向角 δ min 。

绿光和垂直叉丝重合， 读出 φ’1 （ 1 ）、 φ’1 （ 2 ） 白光和垂直叉丝重合， 读出 φ’0 （ 1 ）、 φ’0 （ 2 ）

绿光和垂直叉丝重合， 读出 φ’1 （ 1 ）、 φ’1 （ 2 ） 白光和垂直叉丝重合， 读出 φ’0 （ 1 ）、 φ’0 （ 2 ）

三. 调节平行光管 打开低压汞灯，预热五分钟，转动望远镜（角度 打开低压汞灯，预热五分钟，转动望远镜（角度盘），使望远镜和平行光管成一条直线，松开固定螺丝，调节平行光管，使在望远镜中能看到一条清晰的白光。调节平行光管调节螺丝，使白光位于视场中央。调节狭缝，使白光粗细合适。 角度盘 平行光管调节螺丝 固定螺丝 移动调节

3. 将平面镜逐 次放在三棱镜各棱边前，重复上述过程，直到平面镜放在任何位置，转动游标盘，都能在正确位置上找到反光十字架。

测量装置实景 1 望远镜 平行光管 角度盘 游标盘 三棱镜底边

分光计上的角游标读数方法 对齐