大学物理实验报告清华大学43分光计的调节和色散曲线的测定.doc

清 华 大 学 实 验 报 告 系别：机械工程系 班号：机械72班 姓名：车德梦 （同组姓名： ） 作实验日期 2008年 12月 17日 教师评定： 实验4.3 分光计的调节和色散曲线的测定 实验目的 了解分光计的原理与构造，学会调节分光计； 用最小偏向角法测定玻璃折射率； 掌握三棱镜顶角的两种测量方法。 二、实验原理 1. 分光计的结构及调节原理 要测准入射光与出射光之间的偏转角，必须满足两个条件： = 1 \* GB3 ①入射光与出射光均为平行光束； = 2 \* GB3 ②入射光和出射光的方向以及反射面或折射面的法线都与分光计的刻度盘平行。 (1)望远镜 分光计中采用的是自准望远镜。它由物镜、叉丝分划板和目镜组成，分别装在三个套管上，彼此之间可以相对滑动以便调节。中间的一个套筒里转悠一块分划板，其上刻有叉丝，分划板下方与小棱镜的一个直角面紧贴着。在这个直角面上刻有透光叉丝，套筒上正对棱镜另一直角面处开有小孔并装一小灯。如果叉丝平面正好处在物镜的焦面上，从叉丝发出的光经物镜后成一平行光束。如果前方有一平面镜将这束平行光反射回来，再经物镜成像与其焦平面上，那么从目镜中可以同时看到两叉丝的反射像，并且不应有视差。这就是用自准法调节望远镜适合于观察平行光的原理。 (2)平行光管 平行光管由狭缝和透镜组成。狭缝与透镜之间距离可以通过伸缩狭缝套筒来调节。只要将狭缝调到透镜的焦平面上，则从狭缝发出的光经透镜后就成为平行光。狭缝的刀口是经过精密研磨制成的，为避免损伤狭缝，只有在望远镜中看到狭缝像的情况下才能调节狭缝的宽度。 (3)刻度盘 分光计的刻度盘垂直与分光计主轴并且可绕主轴转动。为消除刻度盘的偏心差，采用两个相差180°的窗口读数。刻度盘的分度值为0.5度，0.5度一下则需用游标来读数。 2. 用最小偏向角法测玻璃的折射率 一束平行的单色光入射到三棱镜的面，经折射后由另一面射出。入射光和面法线的夹角称为入射角，出射光和面法线的夹角称为出射角，入射光和出射光的夹角称为偏向角。可证明，当入射角等于出射角时，入射光和出射光的夹角之间的夹角最小，称为最小偏向角。 由上图可知，光线偏向角，其中和如图所示。当时，由折射定律有，这时用代替得 由折射定律 由上式可知，只要测出三棱镜顶角和最小偏向角，就可以计算出棱镜玻璃对该波长的单色光的折射率。 3. 色散及色散曲线的拟合 当入射光不是单色光时，虽然入射光对各种波长的光都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不相同。对于一般的透明材料来说，折射率随波长的减小而增大。折射率随波长而变的现象称为色散。对一种玻璃材料所作出的折射率和波长的曲线称为它的色散曲线。不同材料的色散曲线是不同的，一般可采用平均色散或色散本领 来表示某种玻璃色散的程度。其中、和分别表示玻璃对夫琅和费谱线中线、线和线的折射率。这三条线的波长分别是、、。 用经验公式来表示可见光范围内玻璃材料的折射率与波长之间的关系时，较方便适用的公式为： 实验研究时可以通过对的七组以上实验结果进行处理，设，，，，，，把一元高次方程的拟合转化为，，，，的多元线性回归问题，并利用计算机来处理数据，拟合色散曲线，得到经验公式。 4. 三棱镜顶角的测量原理 (1)用自准法测定三棱镜的顶角。只要测出三棱镜两个光学面的法线之间的夹角，即可求得顶角。 (2)用平行光法测定三棱镜的顶角。一束平行光被三棱镜的两个光学面反射后，只要测出两束反射光之间的夹角即可求得顶角。放置三棱镜时，应使三棱镜定点靠近小平台中心。否则，反射光将不能进入望远镜中。 三、实验仪器 实验仪器由分光计、平面反射镜、玻璃三棱镜、氦光谱管及其电源。 四、实验任务及操作要点 1. 分光计的调节 调节前，应对照实物和结构图熟悉仪器，了解各个调节螺钉的作用。调节时要先粗调再细调。粗调(凭眼睛观察判断)应调节望远镜和平行光管的光轴尽量使它们与刻度盘平行，调节小平台尽量使它与刻度盘平行(即与主轴垂直)。细调分布如下： I. 调节望远镜 (1) 调节望远镜适合于观察平行光 = 1 \* GB3 ①调节目镜与叉丝的距离，看清分划板上的叉丝。 = 2 \* GB3 ②将平面镜放在小平台上，点亮望远镜上的小灯。缓慢转动小平台，从望远镜中寻找镜面反射回来的光斑。若找不到光斑，多半原因是粗调还未达到要求，应重新粗调。 = 3 \* GB3 ③找到光斑后只要稍微调节叉丝套筒，改变叉丝到物镜间的距离，就可以从物镜中看到比较清晰的叉丝像。当十字叉丝像与分划板叉丝无视差时，则望远镜已适合于观察平行光。 (2) 调节望远镜光轴垂直于分光计主轴 最简单的调节方法是