• 三棱鏡折射率的測定實驗報告_物理實驗報告《測定三棱鏡折射率》

    更新時間:2011-09-04    來源:實驗報告    手機版     字體:

    三棱鏡折射率的測定實驗報告_物理實驗報告《測定三棱鏡折射率》

    物理實驗報告《測定三棱鏡折射率》

    【實驗目的】

    利用分光計測定玻璃三棱鏡的折射率;

    【實驗儀器】

    分光計,玻璃三棱鏡,鈉光燈。

    【實驗原理】

    最小偏向角法是測定三棱鏡折射率的基本方法之一,如圖10所示,三角形 ABC 表示玻璃三棱鏡的橫截面,AB和 AC是透光的光學表面,又稱折射面,其夾角a稱為三棱鏡的頂角;BC 為毛玻璃面,稱為三棱鏡的底面。假設某一波長的光線 LD 入射到棱鏡的 AB 面上,經過兩次折射后沿 ER 方向射出,則入射線 LD 與出射線 ER 的夾角   稱為偏向角。

    圖10 三棱鏡的折射

    由圖10中的幾何關系,可得偏向角

    (3)

    因為頂角a滿足 ,則

    (4)

    對于給定的三棱鏡來說,角a是固定的, 隨 和 而變化。其中 與 、 、 依次相關,因此 實際上是 的函數,偏向角 也就僅隨 而變化。在實驗中可觀察到,當 變化時,偏向角 有一極小值,稱為最小偏向角。理論上可以證明,當 時, 具有最小值。顯然這時入射光和出射光的方向相對于三棱鏡是對稱的,如圖11所示。

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    圖11 最小偏向角

    若用 表示最小偏向角,將 代入(4)式 得

    (5)

    (6)

    因為  ,所以  ,又因為  ,則

    (7)

    根據折射定律 得,

    (8)

    將式(6)、(7)代入式(8)得:

    (9)

    由式(9)可知,只要測出入射光線的最小偏向角 及三棱鏡的頂角 ,即可求出該三棱鏡對該波長入射光的折射率n .

    【實驗內容與步驟】

    1.調節分光計

    按實驗24一1中的要求與步驟調整好分光計。

    2.調整平行光管

    (1)去掉雙面反射鏡,打開鈉光燈光源。

    (2)打開狹縫,松開狹縫鎖緊螺絲3。從望遠鏡中觀察,同時前后移動狹縫裝置2,直至狹縫成像清晰為止。然后調整狹縫寬度為1毫米左右(用狹縫寬度調節手輪 1 調節)。

    (3)調節平行光管的傾斜度。將狹縫轉至水平,調節平行光管光軸仰角調節螺絲29,使狹縫像與望遠鏡分劃板的中心橫線重合。然后將狹縫轉至豎直方向,使之與分劃板十字刻度線的豎線重合,并無視差。最后鎖緊狹縫裝置鎖緊螺絲3。此時平行光管出射平行光,并且平行光管光軸與望遠鏡光軸重合。至此分光計調整完畢。

    3.測三棱鏡的折射率

    (1)將三棱鏡置于載物臺上,并使玻璃三棱鏡折射面的法線與平行光管軸線夾角約為 60度。

    (2)觀察偏向角的變化。用光源照亮狹縫,根據折射定律判斷折射光的出射方向。先用眼睛(不在望遠鏡內)在此方向觀察,可看到幾條平行的彩色譜線,然后慢慢轉動載物臺,同時注意譜線的移動情況,觀察偏向角的變化。順著偏向角減小的方向,緩慢轉動載物臺,使偏向角繼續減小,直至看到譜線移至某一位置后將反向移動。這說明偏向角存在一個最小值(逆轉點)。譜線移動方向發生逆轉時的偏向角就是最小偏向角。

    1 用望遠鏡觀察譜線。在細心轉動載物臺時,使望遠鏡一直跟蹤譜線,并注意觀察某一波長譜線的移動情況(各波長譜線的逆轉點不同)。在該譜線逆轉移動時,擰緊游標盤制動螺絲 27,調節游標盤微調螺絲 26,準確找到最小偏向角的位置。

    2 測量最小偏向角位置。轉動望遠鏡支架 15 ,使譜線位于分劃板的中央,旋緊望遠鏡支架制動螺絲 21,調節望遠鏡微調螺絲 18,使望遠鏡內的分劃板十字刻度線的中央豎線對準該譜線中央,從游標 1 和游標 2 讀出該譜線折射光線的角度   和  。

    3 測定入射光方向。移去三棱鏡,松開望遠鏡制動螺絲 21 ,移動望遠鏡支架 15 ,將望遠鏡對準平行光管,微調望遠鏡,將狹縫像準確地位于分劃板的中央豎直刻度線上,從兩游標分別讀出入射光線的角度   和  。

    4 按 計算最小偏向角 (取絕對值)。

    5 重復步驟 1~6,可分別測出汞燈光譜中各譜線的最小偏向角 。

    6 按式(9)計算出三棱鏡對各波長譜線的折射率。計算折射率 n 的數據表格3。

    【數據記錄及處理】

    表3 測量最小偏向角  

    鈉光波長(Å)

    次數 游標1 游標2

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