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测定三棱镜折射率实验报告
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【实验目的】

利用分光计测定玻璃三棱镜的折射率;

【实验仪器】

分光计,玻璃三棱镜,钠光灯。

【实验原理】

最小偏向角法是测定三棱镜折射率的基本方法之一,如图10所示,三角形%26#8197;ABC%26#8197;表示玻璃三棱镜的横截面,AB和AC是透光的光学表面,又称折射面,其夹角a称为三棱镜的顶角;BC%26#8197;为毛玻璃面,称为三棱镜的底面。假设某一波长的光线%26#8197;LD%26#8197;入射到棱镜的%26#8197;AB%26#8197;面上,经过两次折射后沿%26#8197;ER%26#8197;方向射出,则入射线%26#8197;LD%26#8197;与出射线%26#8197;ER%26#8197;的夹角%26#8197;%26#8197;称为偏向角。

图10三棱镜的折射

由图10中的几何关系,可得偏向角

(3)

因为顶角a满足,则

(4)

对于给定的三棱镜来说,角a是固定的,随和而变化。其中与、、依次相关,因此实际上是的函数,偏向角也就仅随而变化。在实验中可观察到,当变化时,偏向角有一极小值,称为最小偏向角。理论上可以证明,当时,具有最小值。显然这时入射光和出射光的方向相对于三棱镜是对称的,如图11所示。

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图11最小偏向角

若用表示最小偏向角,将代入(4)式得

(5)

(6)

因为%26#8197;,所以%26#8197;,又因为%26#8197;,则

(7)

根据折射定律得,

(8)

将式(6)、(7)代入式(8)得:

(9)

由式(9)可知,只要测出入射光线的最小偏向角及三棱镜的顶角,即可求出该三棱镜对该波长入射光的折射率n.

【实验内容与步骤】

1.调节分光计

按实验24一1中的要求与步骤调整好分光计。

2.调整平行光管

(1)去掉双面反射镜,打开钠光灯光源。

(2)打开狭缝,松开狭缝锁紧螺丝3。从望远镜中观察,同时前后移动狭缝装置2,直至狭缝成像清晰为止。然后调整狭缝宽度为1毫米左右(用狭缝宽度调节手轮%26#8197;1%26#8197;调节)。

(3)调节平行光管的倾斜度。将狭缝转至水平,调节平行光管光轴仰角调节螺丝29,使狭缝像与望远镜分划板的中心横线重合。然后将狭缝转至竖直方向,使之与分划板十字刻度线的竖线重合,并无视差。最后锁紧狭缝装置锁紧螺丝3。此时平行光管出射平行光,并且平行光管光轴与望远镜光轴重合。至此分光计调整完毕。

3.测三棱镜的折射率

(1)将三棱镜置于载物台上,并使玻璃三棱镜折射面的法线与平行光管轴线夹角约为%26#8197;60度。

(2)观察偏向角的变化。用光源照亮狭缝,根据折射定律判断折射光的出射方向。先用眼睛(不在望远镜内)在此方向观察,可看到几条平行的彩色谱线,然后慢慢转动载物台,同时注意谱线的移动情况,观察偏向角的变化。顺着偏向角减小的方向,缓慢转动载物台,使偏向角继续减小,直至看到谱线移至某一位置后将反向移动。这说明偏向角存在一个最小值(逆转点)。谱线移动方向发生逆转时的偏向角就是最小偏向角。

1用望远镜观察谱线。在细心转动载物台时,使望远镜一直跟踪谱线,并注意观察某一波长谱线的移动情况(各波长谱线的逆转点不同)。在该谱线逆转移动时,拧紧游标盘制动螺丝%26#8197;27,调节游标盘微调螺丝%26#8197;26,准确找到最小偏向角的位置。

2测量最小偏向角位置。转动望远镜支架%26#8197;15%26#8197;,使谱线位于分划板的中央,旋紧望远镜支架制动螺丝%26#8197;21,调节望远镜微调螺丝%26#8197;18,使望远镜内的分划板十字刻度线的中央竖线对准该谱线中央,从游标%26#8197;1%26#8197;和游标%26#8197;2%26#8197;读出该谱线折射光线的角度%26#8197;%26#8197;和%26#8197;。

3测定入射光方向。移去三棱镜,松开望远镜制动螺丝%26#8197;21%26#8197;,移动望远镜支架%26#8197;15%26#8197;,将望远镜对准平行光管,微调望远镜,将狭缝像准确地位于分划板的中央竖直刻度线上,从两游标分别读出入射光线的角度%26#8197;%26#8197;和%26#8197;。

4按计算最小偏向角(取绝对值)。

5重复步骤%26#8197;1~6,可分别测出汞灯光谱中各谱线的最小偏向角。

6按式(9)计算出三棱镜对各波长谱线的折射率。计算折射率%26#8197;n%26#8197;的数据表格3。

【数据记录及处理】

表3测量最小偏向角%26#8197;

钠光波长(%26Aring;)

次数游标1游标2

测定三棱镜折射率实验报告责任编辑:小胥老师    阅读:人次