用分光計(jì)測(cè)三棱鏡的折射率.doc

用分光計(jì)測(cè)三棱鏡的折射率分光計(jì)是用來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量角度的儀器。光學(xué)實(shí)驗(yàn)中測(cè)角度的情況很多，如測(cè)量反射角、折射角、衍射角等。用分光計(jì)不僅可以間接測(cè)量光波的波長(zhǎng)、還可以間接測(cè)量折射率和色散率等。本實(shí)驗(yàn)就是用分光計(jì)來(lái)間接測(cè)量三棱鏡的折射率。一、 教學(xué)目的1 學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)使用分光計(jì)。2 測(cè)定三棱鏡的折射率。二、 教學(xué)要求1 本實(shí)驗(yàn)三小時(shí)完成。2 掌握分光計(jì)的結(jié)構(gòu)原理，掌握分光計(jì)的調(diào)整方法。3 掌握角游標(biāo)原理和用分光計(jì)測(cè)角度的方法。4 觀察復(fù)色光的色散現(xiàn)象。5 用自準(zhǔn)法測(cè)定三棱鏡的頂角，測(cè)定三棱鏡對(duì)綠光=546nm的最小偏向角。6 計(jì)算出三棱鏡對(duì)綠光的折射率，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，寫出合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、 三、 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)難點(diǎn)：望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和最小偏向角的測(cè)定。重點(diǎn)：望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和最小偏向角的測(cè)定。即難點(diǎn)內(nèi)容亦是重點(diǎn)內(nèi)容(用提問(wèn)方式發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性，配合講解攻克難點(diǎn))。四、 講解內(nèi)容1 提問(wèn)：本實(shí)驗(yàn)的目的？（學(xué)生答）2 提問(wèn)：本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容是什么？（教師答）3 提問(wèn)：分光計(jì)由哪幾部分組成？（學(xué)生答，教師根據(jù)投影膠片把各部分的調(diào)節(jié)止動(dòng)螺釘作提示）回答：分光計(jì)一般由自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，平行光管，載物臺(tái)、讀數(shù)裝置和底座五大部分組成。4 讀數(shù)裝置為什么要設(shè)計(jì)成雙游標(biāo)？如何讀數(shù)和計(jì)算？（學(xué)生回答后，教師補(bǔ)充或根據(jù)膠片對(duì)照講解）回答：在刻度盤同一直徑的兩端（相隔180）各裝一個(gè)游標(biāo)，兩個(gè)游標(biāo)同時(shí)讀數(shù)，然后算出每個(gè)游標(biāo)兩次讀數(shù)之差，再取平均值。這個(gè)平均值即為望遠(yuǎn)鏡（或載物臺(tái)）所旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度。并消除了刻度盤上與分光計(jì)中心軸線之間由于制造帶來(lái)的偏心差。讀數(shù)舉例：a、 b游標(biāo)讀數(shù)相差： 1803望遠(yuǎn)鏡初始位置讀數(shù)： 望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過(guò)角后讀數(shù)游標(biāo)a、游標(biāo)b、 游標(biāo)a、游標(biāo)b3355 1552 957 2756差數(shù)：游標(biāo)a：360+9573355=1202游標(biāo)b：27561552=1204轉(zhuǎn)過(guò)的角度的平均值為：=1/2（1202+1204）=1203上述差數(shù)游標(biāo)a可以這樣理解：游標(biāo)a開始位置為3355，轉(zhuǎn)到3600（即0）后再轉(zhuǎn)至957，故轉(zhuǎn)過(guò)角度為1202。5 提問(wèn)：分光計(jì)的調(diào)整有哪些要求？其檢察的標(biāo)準(zhǔn)？（學(xué)生答，教師補(bǔ)充解釋）回答：幾何要求：“三垂直”。即載物小平臺(tái)的平面，望遠(yuǎn)鏡的主光軸、平行光管的主光軸均必須與分光計(jì)的中心軸垂直。物理要求：“三聚焦”。即叉絲對(duì)目鏡聚焦，望遠(yuǎn)鏡對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)聚焦，狹縫對(duì)平行光管物鏡聚焦。檢驗(yàn)三垂直的標(biāo)準(zhǔn)：“四平行”。即載物小平臺(tái)平面、望遠(yuǎn)鏡的主光軸、平行光管的主光軸和讀數(shù)刻度盤四者相互平行。檢驗(yàn)三聚焦的標(biāo)準(zhǔn)：“三清晰”。即目鏡中觀察叉絲清晰，亮十字反回的像（綠十字）清晰，在望遠(yuǎn)鏡中看到狹縫清晰。6 提問(wèn)：即是重點(diǎn)又是難點(diǎn)內(nèi)容的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)如何調(diào)整？（學(xué)生答，教師補(bǔ)充講解）回答：目測(cè)粗調(diào)打開小燈調(diào)節(jié)目鏡，看清叉絲。在載物臺(tái)上放雙平面鏡（位置如膠片圖所示，為什么？），調(diào)節(jié)物鏡（仰俯角和伸縮）和載物臺(tái)（螺釘），使雙平面鏡兩面有綠十字像并清晰、無(wú)視差，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡已聚焦無(wú)窮遠(yuǎn)。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計(jì)轉(zhuǎn)軸垂直。使雙平面鏡兩面有綠十字像。再用“減半逐步逼近法”使望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計(jì)的中心軸垂直（對(duì)照膠片講解，必要時(shí)示范講解），即叉絲的像與調(diào)整叉絲完全重合。7 提問(wèn)：平行光管如何調(diào)整？（學(xué)生答，教師補(bǔ)充講解）回答：用已調(diào)節(jié)好的望遠(yuǎn)鏡作基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)平行光管下部仰俯螺釘，使其出射平行光。調(diào)節(jié)平行光管的狹縫寬度（強(qiáng)調(diào)：不要損壞刀口?。┦蛊叫泄夤芄廨S與分光計(jì)轉(zhuǎn)軸垂直。使目鏡中看到的水平和豎直的狹縫像均居中。 8 提問(wèn)：測(cè)三棱鏡折射率的簡(jiǎn)單原理？（教師參照膠片圖講解）回答：只要測(cè)出某光的最小偏向角min和三棱鏡頂角A，就可以算出三棱鏡對(duì)該光的折射率。9 9 提問(wèn)：如何測(cè)三棱鏡的項(xiàng)角A？（學(xué)生答，教師對(duì)照膠片圖補(bǔ)充講解）回答：測(cè)定方法有兩種，一種是反射法，另一種是自準(zhǔn)法。本實(shí)驗(yàn)要求用自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡的頂角。按圖放好三棱鏡（為什么？）鎖緊平臺(tái)和度盤的固定螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡分別對(duì)準(zhǔn)左、右兩光學(xué)面，每次使綠十字像和叉絲重合，即望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)面垂直，記下左、右讀數(shù)算出轉(zhuǎn)角，則項(xiàng)角A=180。10 提問(wèn)：如何測(cè)定三棱鏡對(duì)綠光的的最小偏向角min？（學(xué)生答，教師補(bǔ)充講解，必要時(shí)示范講解）回答：第一步怎么做？（用汞燈或白熾燈照亮平行光管狹縫。）三棱鏡怎么放？（三棱鏡一折射面的法線與平行光管軸線夾角成大約60）下一步怎么做？（觀察偏向角的變化。）如何觀察？（根據(jù)折射定律判斷折射光的出射方向，先用眼睛在此方向觀察，可看到幾條平行的彩色譜線，改用望遠(yuǎn)鏡觀察它們，在轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)的同時(shí)，用望遠(yuǎn)鏡跟蹤譜線，注意譜線的移動(dòng)情況，觀察偏向角的變化）。如何測(cè)定min？（選擇偏向角減小的方向，細(xì)心轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)的同時(shí)，使望遠(yuǎn)鏡始終跟蹤綠色譜線，當(dāng)該譜線即將逆向移動(dòng)時(shí)，對(duì)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行微調(diào)，使垂直叉絲對(duì)準(zhǔn)綠色譜線中央，讀出出射線的方位角T1。將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)平行光管，使叉絲對(duì)準(zhǔn)狹縫中央，讀出入射光線的方位角T2，故min=T1T2）。最后強(qiáng)調(diào)指出：在對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，在計(jì)算不確定度時(shí)，SA和Smin均應(yīng)用弧度進(jìn)行計(jì)算。五、 簡(jiǎn)單故障的原因和排除實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)故障是不可避免的正常情況，對(duì)于儀器故障，需由專門人員進(jìn)行排除；常見簡(jiǎn)單線路故障的排除則是大學(xué)生必須掌握的基本技能。1 叉絲線不亮電源未接通線路沒接通小燈開關(guān)未打開照亮叉絲小燈損壞。2 叉絲及像均模糊不清叉絲不清晰是叉絲對(duì)目鏡未聚焦（轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡聚）。綠十字不清晰是望遠(yuǎn)鏡未對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)聚焦（前后移動(dòng)目鏡使其聚焦）狹縫像不清晰是狹縫對(duì)平行光管物鏡未聚焦（移動(dòng)平行狹縫使其聚焦）幾種情況均存在。只好酌情調(diào)節(jié)。3 轉(zhuǎn)動(dòng)雙平面鏡無(wú)綠十字像或只一面有綠十字像粗調(diào)工作沒做。雙平面鏡放置不妥，調(diào)節(jié)方法不對(duì)。調(diào)節(jié)不仔細(xì)認(rèn)真。4 雙平面鏡反射的兩個(gè)綠十字像均不在調(diào)節(jié)叉絲上如從雙平面鏡的正、反兩面反射回的綠十字像均在分劃板水平線的上方或均在下方，且位置相同；這說(shuō)明平臺(tái)基本與轉(zhuǎn)軸垂直而望遠(yuǎn)鏡光軸不垂直轉(zhuǎn)軸，可調(diào)望遠(yuǎn)鏡的傾斜度螺絲。如果正、反兩面的反射像一次在上方，另一次在下方，且位置對(duì)稱，則主要是平臺(tái)不垂直轉(zhuǎn)軸?？上日{(diào)平臺(tái)螺絲，用逐步逼近法，使像與叉絲距離移近一半，轉(zhuǎn)過(guò)180后重復(fù)上述調(diào)節(jié)，直至調(diào)整好。上述兩種兼而有之，亦用逐步逼近法調(diào)節(jié)，先調(diào)平臺(tái)螺絲，使像與叉絲間距移近一半，再調(diào)望遠(yuǎn)鏡的斜度螺絲，使像與叉絲重合；轉(zhuǎn)過(guò)180后重復(fù)上述調(diào)節(jié)，可較快調(diào)整好。5 狹縫像過(guò)寬且不居中狹縫過(guò)寬是未調(diào)好狹縫或狹縫未對(duì)平行光管的物鏡聚焦。狹縫像不居中是平行光管與分光計(jì)轉(zhuǎn)軸未調(diào)垂直，需調(diào)整狹縫在水平和豎直兩方向均居中。6 測(cè)頂角A時(shí)數(shù)據(jù)錯(cuò)。游標(biāo)盤未固定。望遠(yuǎn)鏡未固定而被碰動(dòng)。游標(biāo)盤和望遠(yuǎn)鏡均未止動(dòng)。有時(shí)未加30。不懂游標(biāo)讀數(shù)無(wú)估讀位。綠十字像與叉絲（或其豎線）未重合。7 測(cè)min時(shí)數(shù)據(jù)錯(cuò)同6的前5項(xiàng)。未找出min就進(jìn)行測(cè)量。對(duì)準(zhǔn)