用分光计测定三棱镜玻璃的折射率实验

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21Ar =(15-5) 由式（15-4）、式（15-5）有 21δ+=A i 将上式代入式（15-2）并考虑到式（15-5），得2sin 2sinsin sin 11A 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。

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。

• 图3最小偏向角的测定转动三棱镜，改变入射光对光学面AC的入射角，出射光线的方向ER也随之改变，即偏向角发生变化。

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)。

115实验1 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0.02～2ｍｍ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116 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。

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实验三、分光计的调节及三棱镜折射率的测定
一、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、 掌握测定三棱镜顶角的方法；
3、 用最小偏向角法测定三棱镜玻璃的折射率。

二、仪器及用具
分光计、钠灯、平面镜、三棱镜 三、原理
1、 三棱镜顶角的测定 由自准直法：转动望远镜其光轴先后与两个光学面法线重合时，测出两法线的
夹角ϕ则其顶角为：A=180-ϕ
2、 由最小偏向角测玻璃的折射率测得三棱镜的顶角A 和最小偏向角min δ则玻璃的折射率为
2
sin
2sin min
A A n δ+=
四、实验内容
1、分光计的调节： 望远镜的调节： a)：物镜聚焦与无穷远
b)：目镜调焦至观察到清晰的叉丝c):光轴垂直于仪器的转轴
载物台的调节：调节载物平台的调平螺丝，使棱镜两光学面反射的绿十字在分划板上能重合，则载物平台达到与轴垂直。

a):平行光管产生平行光 b):使光管与轴垂直与望远镜共轴 c):适当调节狭缝使能观测到清晰的单缝 ★ 分光计调节和使用中应注意的问题：
1）：调节过程必须仔细严格要求按讲义的程序进行 2）：必须仔细了解每个元件的结构作用及原理
3）：刻度盘读数实验室中分光计的刻度盘为角游标，主尺最小分度为︒
5.0游标最小分度为'
1读数为
'xx xxx ︒；为防轴偏心带来的误差刻度盘上的对标装有两个游标，读数时必须读出两个游标之值；当内
盘转过︒
360后其值应为︒
360+'
xx xxx ︒
2、用自准直法测三棱镜的顶角
3、最小偏向角的测定
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分光计测定三棱镜折射率实验报告一、实验目的1. 掌握分光计的使用方法。

2. 了解测量折射率的方法，掌握三棱镜的测量原理。

3. 分析误差，并加以控制。

二、实验仪器和原理1. 实验仪器（1）分光计（2）三棱镜（3）光源2. 测量原理（1）折光定律折射率n的定义是一个介质中的光速与真空中光速之比。

在折射定律中，入射角i、出射角r和折射角t之间的关系式称为折射定律，即n1sin(i)=n2sin(r)n1、n2分别为两种介质的折射率，i、r分别为两种介质中的入射角和出射角，t为两种介质之间的折射角。

（2）三棱镜的测量原理在三棱镜中，通过射入的光线在三棱镜内壁上的多次反射，最终会形成在三棱镜底面上部一条白色光谱带（或称“光条”）。

当白光射入三棱镜中，由于不同波长（或称颜色）的光速和折射率不同，因而白光在反射和折射过程中发生了不同的偏折角，形成了一个色散谱。

我们可以用分光计来准确地测量出不同颜色光线的偏折角，计算出相应的折射率。

三、实验操作及测量数据1. 实验操作（1）待三棱镜达到室温时，用干净的纱布或电纸对三棱镜进行擦拭，以保证表面平整、光滑。

检查三棱镜顶角是否完全磨平。

（2）对分光计反射面进行仔细清洁，要求表面光洁度良好，不得有灰尘等杂质，否则会影响测量结果。

（3）取三棱镜，将其放在分光计的三脚架上，调整使其底面与分光计反射镜保持水平，并用小螺钉使其固定在三脚架上。

调节三棱镜与分光计反射面之间的距离，使得白光尽可能聚焦在样品上。

（4）打开分光计光源，让其发出光线，将其反射到三棱镜上。

（5）调节分光计的光源位置，直到彩色光谱线正确地出现在仪器中约60%处的狭缝中。

此时，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等7种颜色的光线分别经过三棱镜的反射和折射作用，在底面上形成了一条光谱带。

（6）将分光计转至零位置，并调节顶角朝向自己方向。

（7）依次测量不同颜色的光线的偏折角度，并记录数据。

（8）重复以上步骤三次，以保证测量结果的可靠性。

用分光计测三棱镜的折射率分光计是用来准确测量角度的仪器。

光学实验中测角度的情况很多，如测量反射角、折射角、衍射角等。

用分光计不仅可以间接测量光波的波长、还可以间接测量折射率和色散率等。

本实验就是用分光计来间接测量三棱镜的折射率。

一、教学目的1. 学会调节使用分光计。

2. 测定三棱镜的折射率。

二、教学要求1. 本实验三小时完成。

2. 掌握分光计的结构原理，掌握分光计的调整方法。

3. 掌握角游标原理和用分光计测角度的方法。

4. 观察复色光的色散现象。

5. 用自准法测定三棱镜的顶角，测定三棱镜对绿光λ=546nm的最小偏向角。

6. 计算出三棱镜对绿光的折射率，并对结果进行评价，写出合格的实验报告。

三、三、教学重点和难点难点：望远镜系统的调节和最小偏向角的测定。

重点：望远镜系统的调节和最小偏向角的测定。

即难点内容亦是重点内容(用提问方式发挥学生主动性，配合讲解攻克难点)。

四、讲解内容1. 提问：本实验的目的?(学生答)2. 提问：本实验的重点和难点内容是什么?(教师答)3. 提问：分光计由哪几部分组成?(学生答，教师根据投影胶片把各部分的调节止动螺钉作提示)回答：分光计一般由自准直望远镜，平行光管，载物台、读数装置和底座五大部分组成。

4. 读数装置为什么要设计成双游标?如何读数和计算?(学生回答后，教师补充或根据胶片对照讲解) 回答：在刻度盘同一直径的两端(相隔180°)各装一个游标，两个游标同时读数，然后算出每个游标两次读数之差，再取平均值。

这个平均值即为望远镜(或载物台)所旋转过的角度。

并消除了刻度盘上与分光计中心轴线之间由于制造带来的偏心差。

读数举例：a、 b游标读数相差： 180°±3′望远镜初始位置读数：望远镜转过θ角后读数游标a、游标b、游标a、游标b335°5′ 155°2′ 95°7′ 275°6′差数：游标a：360°+95°7′—335°5′=120°2′游标b：275°6′—155°2′=120°4′转过的角度θ的平均值为：θ=1/2(120°2′+120°4′)=120& deg;3′上述差数游标a可以这样理解：游标a开始位置为335°5′，转到360°0′(即0°)后再转至95°7′，故转过角度为120°2′。

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*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。

图3最小偏向角的测定转动三棱镜，改变入射光对光学面AC的入射角，出射光线的方向ER也随之改变，即偏向角发生变化。

《大学物理实验》报告姓名：；学号；班级；教师________；信箱号：______ 预约时间：第_____周、星期_____、第_____~ _____节；座位号：_______预习操作实验报告总分教师签字一、实验名称三棱镜折射率的测定二、实验目的(1) 观察三棱镜的色散现象.(2) 掌握用分光计测量三棱镜最小偏向角的基本方法.(3) 学习利用最小偏向角测定三棱镜对各色光的折射率的基本思路.三、实验原理(基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)图1 三棱镜最小偏向角原理图见图1，一束单色光以角入射到AB面上，经棱镜两次折射后，从AC面折射出来，出射角为。

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的变化而变化。

当时，为最小（证明略）。

这时的偏向角称为最小偏向角，记作。

由图1中可以看出，这时（1）设棱镜材料折射率为n，则故（2）由此可知，要求得棱镜材料折射率n，必须测出其顶角A和最小偏向角。

4. 角度计算公式1）载物台转过的角度平均值2）棱镜的顶角3）谱线的最小偏向角四、实验内容和步骤（要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材）（一）分光计的调整1.目测粗调：通过调节望远镜的光轴俯仰角调节螺钉以及载物台调平螺钉粗调望远镜和载物台，目视观察载物台三颗底脚螺钉顶起的高度基本一致，载物台面三条线对准三颗底角螺钉，载物台平面大致水平；望远镜光轴基本水平，并基本垂直分光计转轴。

（粗调很重要，保证了后续调整的顺利进行。

）2.调整望远镜1）目镜调焦打开电源，转动目镜调焦手轮，调节目镜与分划板间的相对位置，使分划板刻线清晰为止。

（调好后，一般情况下不要再动调焦手轮）2）调望远镜对平行光聚焦将分划板调到望远镜物镜焦平面上。

（二）用分光计进行测量 1.测棱镜的顶角A2.测三棱镜的最小偏向角五、数据记录1.实验仪器（记录实验中所用仪器的名称、型号、精度等级等参数）分光计、三棱镜、反射镜、汞灯、汞灯电源.2.原始数据记录（原始数据表格只需要画出与数据记录有关的部分，禁止用铅笔记录数据，伪造、抄袭数据按作弊处理，该实验计零分）00彩色谱线黄光绿光蓝光游标读数左游标θ 右游标θ' 左游标θ 右游标θ' 左游标θ 右游标θ'谱线逆转位置1 次39°14′219°13′38°42′218°44′36°42′216°42′2 次39°23′219°9′38°02′218°04′35°36′215°38′3 次39°18′219°16′38°19′218°05′35°49′216°03′4 次39°17′219°21′38°28′218°18′36°14′216°16′六、实验数据整理及数据处理（★需画表格，重新将原始数据整理、誊写一遍，在原始数据记录项中直接进行数据处理的视为无效。