分光仪的调整、反射法测三棱镜顶角及最小偏向法测三棱镜折射率

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：••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。

分光仪的调节和使用实验报告一、实验目的1、了解分光仪的结构，掌握分光仪的调节和使用方法。

2、测量三棱镜的顶角，并用最小偏向角法测量三棱镜的折射率。

二、实验仪器分光仪、三棱镜、钠光灯。

三、实验原理1、分光仪的结构和原理分光仪主要由望远镜、平行光管、载物台和读数圆盘四部分组成。

望远镜用于观察和瞄准目标；平行光管用于产生平行光；载物台用于放置待测物体；读数圆盘用于测量角度。

分光仪的读数系统由主刻度盘和游标盘组成，主刻度盘的最小分度值为 05°，游标盘的最小分度值为 1'。

2、三棱镜顶角的测量测量三棱镜顶角的方法有反射法和自准直法。

本实验采用反射法，原理是利用三棱镜两个光学面反射的光线所形成的夹角来测量顶角。

3、三棱镜折射率的测量折射率是描述介质光学性质的重要参数。

对于三棱镜，我们可以通过测量其最小偏向角来计算折射率。

当光线以一定角度入射到三棱镜的一个光学面时，会发生折射和反射。

当折射光线在另一个光学面再次折射时，如果出射光线相对于入射光线的偏向角达到最小值，此时的入射角和折射角满足特定关系，可以通过测量最小偏向角和顶角来计算三棱镜的折射率。

四、实验步骤1、分光仪的调节（1）粗调将望远镜和平行光管的俯仰调节螺钉松开，使望远镜和平行光管大致水平；将载物台调至水平，使三个调节螺钉的高度大致相同。

（2）望远镜的调节点亮目镜照明小灯，调节目镜，使分划板上的十字叉丝清晰；将平面反射镜放在载物台上，使反射镜与望远镜光轴大致垂直，观察反射镜反射回来的十字像。

通过调节望远镜的俯仰调节螺钉和载物台的调节螺钉，使十字像与分划板上的十字叉丝重合。

（3）平行光管的调节将狭缝宽度调至适当大小，点亮平行光管光源，调节平行光管的俯仰调节螺钉和狭缝调节螺钉，使狭缝像清晰且与望远镜分划板上的十字叉丝平行。

（4）载物台的调节将三棱镜放在载物台上，使三棱镜的两个光学面分别与载物台的调节螺钉大致平行，调节载物台的调节螺钉，使望远镜在两个光学面上都能看到清晰的反射像。

实验二、分光计的调节及棱镜折射率的测定[实验名称] 分光计的调节及棱镜折射率的测定[实验目的］1、了解分光计的结构及各组成部件的作用。

2、学会调节分光计。

3、掌握棱镜顶角、最小偏向角的测量方法，测定棱镜的折射率。

[实验仪器］分光计（包括电源变压器及放大镜）、钠光灯、汞灯、三棱镜、双平面镜等。

[实验原理]一束平行的单色光，入射到三棱镜的AB 面，经折射后由另一面AC 射出，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，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角min δ。

如左图所示： 由于Δ＝（i －r ）＋（/i －r /），当 i ＝/i 时，由折射定律有r ＝r /。

用min δ代替Δ得： min δ＝2（i －r ） （4-2-1）又因：r ＋r /＝2 r ＝π－（π－Ａ）＝Ａ， 所以，r ＝Ａ/2, 故：i =（Ａ+min δ）/2 （4-2-2）由折射定律有：2sin2sinsin sin minA A ri n δ+== （4-2-3） 因此，只要测出三棱镜顶角Ａ和最小偏向角δmin ，就可以计算出棱镜玻璃对该波长单色光的折射率。

[实验内容及步骤]（一） 测量三棱镜的顶角1、首先调节好分光计（按分光计的调节步骤顺序进行）。

2、固定好载物平台，将三棱镜按下面的图示放置在棱镜台上，并用钠光灯照亮狭图4-2-1测最小偏向角的原理图缝，使准直管射出平行光束。

转动望远镜至1T 位置，观察由棱镜的一个折射面AB 反射的狭缝像，使之与望远镜的双十字叉丝的竖直线重合，将左、右游标的读数1α和2α记录于表(1)中。

3、将望远镜转至2T 位置，观察由棱镜另一折射面AC 反射的狭缝像，使之与望远镜的双十字叉丝的竖直线重合，此时将左、右游标的读数1β和2β记录于表（1）中。

望远镜由1T 位置转至2T 位置时的角度θ为： 22211βαβαθ-+-=（4-2-4）可以证明，角度θ是棱镜顶角A 的两倍，即： 422211βαβαθ-+-==A （4-2-5）(二)测量最小偏向角δmin1、将三棱镜按下面的图示放置在棱镜台上，并用钠光灯照亮狭缝，使准直管射出平行光束。

基础物理实验研究性报告分光仪的调整、反射法测量三棱镜的顶角及最小偏向角法测量三棱镜折射率第一作者：学号：第二作者：学号：所在院系：孔祥鑫11011041文波11011031材料科学与工程学院摘要本文以“分光仪的调整、反射法测量三棱镜顶角及最小偏向法测量三棱镜折射率”为主要容，依次介绍了实验原理、实验仪器、实验步骤，随后进行了数据处理及误差分析，并进行了误差的定量分析，同时还给出了调节分光仪调节的技巧与经验，也对实验提出了一些改进意见，最后写了自己的体会和收获。

关键词：分光仪，三棱镜，顶角，折射率，误差分析目录摘要 (I)目录........................................................................................................................ I I一、实验原理 (3)1.1分光仪的调整 (3)1.1.1分光仪的结构 (4)1.1.2分光仪的调节原理及方法 (5)1.2反射法测量三棱镜顶角 (8)1.2.1三棱镜的调整 (8)1.2.2反射法测量三棱镜顶角的测量原理 (9)1.3最小偏向角法测量三棱镜折射率 (10)二、实验仪器 (11)三、实验步骤 (11)3.1分光仪的调整 (11)3.2三棱镜顶角的测量 (12)3.3最小偏向角法测量棱镜折射率 (12)四、实验数据处理 (13)4.1反射法测三棱镜顶角 (13)4.1.1原始数据处理 (13)4.1.2不确定度计算 (14)4.2最小偏向法测量棱镜折射率 (14)4.2.1原始数据处理 (14)4.2.1不确定度计算 (15)五、误差分析 (16)5.1误差来源分析 (16)5.2探究平行光管的光是否垂直磨砂面BC射入对反射法测三棱镜顶角实验结果的影响 (17)5.3三棱镜顶角及三棱镜折射率误差定量分析 (18)六、注意事项 (20)七、分光仪调节技巧与经验 (21)八、实验仪器改进建议 (21)方案一利用激光进行辅助调节 (22)方案二利用水准仪进行辅助调节 (22)九、实验感想与收获 (23)参考文献 (24)原始数据记录纸 (25)一、实验原理1.1分光仪的调整1.1.1分光仪的结构1一狭缝套筒;2一狭缝套简锁紧螺钉;3一平行光管;4一制动架;5一载物台;6一载物台调平螺钉;7一载物台与游标盘联结螺钉;8一望远镜;9一望远镜锁紧螺钉;10一阿贝式自准直目镜; 11一目镜视度调节手轮;12一望远镜光轴俯仰调节螺钉;13一望远镜光轴水平凋节螺钉;14一支臂; 15一望远镜微调螺钉;16一望远镜与度盘联结螺钉;17一望远镜固紧螺钉（位于图后与螺钉16对称位置）;18一制动架(一);19一底座;20一转座;21一度盘;22一游标盘;23一立柱;24一游标盘微调螺钉;25一游标盘固紧螺钉;26一平行光管光轴水平调节螺钉;27一平行光管光轴俯仰调节螺钉;28一狭缝宽度调节螺钉(1)三角底座在一角底座中心，装有一垂直的固定轴，望远镜、主刻度圆盘、游标刻度圆盘都可绕它旋转，这一固定轴称分光仪主轴。