[分享]物理實(shí)驗(yàn) 分光計(jì)的調(diào)節(jié)和色散曲線的測定

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告分光計(jì)的調(diào)節(jié)和色散曲線的測定工業(yè)工程系 工32姓名：林懋愷學(xué)號(hào)：2003010855分光計(jì)的調(diào)節(jié)和色散曲線的測定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）了解分光計(jì)的原理與構(gòu)造，學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)分光計(jì)；（2）用最小偏向角法測定玻璃折射率；（3）掌握三棱鏡頂角的兩種測量方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】一、 分光計(jì)的結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)原理1、要測準(zhǔn)入射光與出射光之間的偏轉(zhuǎn)角必須滿足的兩個(gè)條件（1）入射光與出射光均為平行光束；（2）入射光與出射光的方向以及反射面或折射面的法線都與分光計(jì)的刻度盤平行。2、分光計(jì)的主要部件（1）望遠(yuǎn)鏡分光計(jì)中采用自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，它由物鏡，叉絲分劃板與目鏡組成，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡應(yīng)先調(diào)節(jié)目鏡使3剖面的形叉絲清晰可見，然后

2、再調(diào)叉絲套筒使 5 剖面的形亮線經(jīng)平面鏡的反射像也清晰可見，且與形叉絲無視差。（2）平行光管 平行光管由狹縫與透鏡組成，其結(jié)構(gòu)如上圖。若將狹縫調(diào)到透鏡的焦平面上，則可得平行光，這時(shí)可在望遠(yuǎn)鏡視場中看見清晰的狹縫像，且與形叉絲無視差，然后再調(diào)節(jié)縫寬約mm即可。（3）刻度盤度盤垂直于分光計(jì)的主軸且可繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，為消除偏心差，采用了兩個(gè)位置相差180以下則用游標(biāo)來讀數(shù)。游標(biāo)的最小分度值為1?？潭缺P與游標(biāo)二、 最小偏向角法測玻璃折射率當(dāng)入射角 i 等于出射角 i 時(shí)，入射光和出射光之間的夾角最小。由折射定律可得棱鏡玻璃的折射率為：三、 色散及色散曲線的擬合 當(dāng)入射光不是單色光時(shí)，雖然入射角對(duì)各種波長的

3、光都相同，但出射角并不相同，即折射率不相同。對(duì)于一般的透明材料，折射率隨波長的減小而增大。折射率n隨波長變化的現(xiàn)象稱為色散。 一般可采用平均色散或色散本領(lǐng)來表示某種玻璃色散的程度。 用經(jīng)驗(yàn)公式來表示可見光范圍內(nèi)玻璃材料的折射率與波長之間的關(guān)系時(shí)，可用以下公式：四、 三棱鏡頂角的測量原理1、自準(zhǔn)法測三棱鏡頂角用自準(zhǔn)法測定三棱鏡頂角。由圖可知，只要測出三棱鏡兩個(gè)光學(xué)面的法線之間的夾角，即可求得頂角。2、平行光管法測三棱鏡頂角用平行光法測定三棱鏡頂角。一束平 行光被三棱鏡的兩個(gè)光學(xué)面反射后，只要測出兩束反射光之間的夾角，即可求得頂角【實(shí)驗(yàn)任務(wù)】一、分光計(jì)的調(diào)節(jié)1、粗調(diào)分光計(jì)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和平行光管的光軸

4、盡量使它們與刻度盤平行；調(diào)節(jié)小平臺(tái)盡量使它與刻度盤平行（即與分光計(jì)主軸垂直）。 2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（1）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡適合于觀測平行光點(diǎn)亮小燈，照亮視場調(diào)目鏡看清形叉絲放置平面鏡于小平臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡或小平臺(tái)找到反射光斑調(diào)節(jié)叉絲套筒看清像，并消視差（2）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸分光計(jì)主軸當(dāng)平面鏡法線與望遠(yuǎn)鏡光軸平行時(shí)， 形反射像與 形叉絲的上交點(diǎn)完全重合，將小平臺(tái)旋轉(zhuǎn)180之后，如果仍然完全重合，則說明望遠(yuǎn)鏡光軸已垂直于分光計(jì)主軸了。調(diào)節(jié)方法是采用漸近法 即先調(diào)小平臺(tái)下的螺釘使形反射像與 形叉絲的上交點(diǎn)之間的距離減小一半，再調(diào)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)水平螺釘使它們重合，然后轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)180，重復(fù)以上步驟。3、調(diào)節(jié)平行光管（1）

5、調(diào)節(jié)平行光管發(fā)出平行光狹縫像應(yīng)是一條輪廓清楚的窄長條，而不是邊緣模糊的亮條。 狹縫像應(yīng)與叉絲無視差。 狹縫寬度應(yīng)合適，實(shí)驗(yàn)中縫像約mm寬即可。（2）調(diào)節(jié)平行光管光軸分光計(jì)主軸調(diào)節(jié)平行光管的調(diào)水平螺釘，使狹縫像被 叉絲中心線平分，平行光管也就垂直于分光計(jì)主軸了。4、細(xì)調(diào)三棱鏡兩光學(xué)面法線垂直于分光計(jì)主軸在分光計(jì)已調(diào)好的情況下，只需調(diào)整三棱鏡兩光學(xué)面的法線垂直于分光計(jì)的主軸。二、測量氦光管譜線的最小偏向角1、觀察譜線并對(duì)照氦光譜圖認(rèn)譜。放好三棱鏡，先直接透過三棱鏡用眼睛找到自己的平行光管及其中的彩色光譜出射的方向，然后將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到眼睛所觀察的方位，就能從望遠(yuǎn)鏡里看到譜線。再進(jìn)一步調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)使望

6、遠(yuǎn)鏡視場里的譜線清晰明亮、線寬合適。應(yīng)有九條譜線。2、確定最小偏向角。 轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)，當(dāng)棱鏡轉(zhuǎn)到某個(gè)位置時(shí)，譜線不再移動(dòng)，繼續(xù)使棱鏡沿原方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，譜線反而向相反方向移動(dòng)，即偏向角反而變大，這個(gè)轉(zhuǎn)折位置就是最小偏向角位置。檢查確認(rèn)后，測出此時(shí)出射光的方位，與入射光方位相減得到該譜線的最小偏向角。三、測量三棱鏡頂角（選做）利用自準(zhǔn)法、平行光法測量三棱鏡的頂角?！緦?shí)驗(yàn)儀器】實(shí)驗(yàn)儀器有分光計(jì)，平面反射鏡，玻璃三棱鏡，氦光譜管及其電源。氦光譜管是將稀薄的氦氣封閉在玻璃管內(nèi)制成。管得兩端各裝一個(gè)電極，兩電極間加高電壓后產(chǎn)生放電并且發(fā)光，通過三棱鏡分光可得到氦的線光譜。波長顏色 藍(lán)紫 藍(lán) 藍(lán)綠 淺綠 黃 大

7、紅 暗紅【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理】1、推導(dǎo)折射率n的不確定度n的表達(dá)式，并根據(jù)儀器的測量精度估計(jì)出A和代入并估計(jì)出n的大小，據(jù)此決定n應(yīng)取幾位有效數(shù)字。解：（1）計(jì)算：（2）計(jì)算由取實(shí)驗(yàn)中一組數(shù)據(jù)=1 5225 A=60代入，有再 得故n可取5位有效數(shù)字2、計(jì)算棱鏡材料對(duì)各波長的折射率，畫出色散曲線，并從所畫色散曲線查處nC、nD和nF，求出平均色散和色散本領(lǐng)。3、用實(shí)驗(yàn)室給的數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行多元線性回歸，求出實(shí)驗(yàn)材料折射率與波長的經(jīng)驗(yàn)公式。4、最小偏向角測三棱鏡折射率數(shù)據(jù)表格。分光計(jì)編號(hào) 00008011 ； 三棱鏡編號(hào) 7 ； A= 5959 ； = 1 ；入射光方位= 32720 ；= 14

8、716 氦譜線波長/nm271259120555555565556575896327209157552055195520574090827230922654505450545057258612724292375438543954385719842273589350532253265324564272527440943452405242524156206542745694505224522652255612628表中腳標(biāo)1、2分別表示左、右游標(biāo)讀數(shù)由計(jì)算機(jī)程序計(jì)算得平均色散：色散本領(lǐng)：5、測量三棱鏡頂角數(shù)據(jù)記錄表格（使用平行光法）測量序號(hào)123游標(biāo)游標(biāo)游標(biāo)游標(biāo)游標(biāo)游標(biāo)第一位置2697893269

9、78942698894第二位置292209229220922922093119551195911955119581195411959119571195611956計(jì)算若望遠(yuǎn)鏡由位置到經(jīng)過了刻度盤零點(diǎn)，則應(yīng)按下式計(jì)算 對(duì)三次的取平均，得=11956，因此三棱鏡頂角A=5958【思考題】1、當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)180反復(fù)調(diào)節(jié)使望遠(yuǎn)鏡主軸垂直于分光計(jì)主軸時(shí)，小平臺(tái)是否也同時(shí)調(diào)好到垂直于主軸了？為什么？答：不一定。反復(fù)調(diào)節(jié)到望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于分光計(jì)主軸時(shí)，望遠(yuǎn)鏡光軸將垂直于分光計(jì)主軸與小平臺(tái)法線形成的平面。但這并不能保證小平臺(tái)是處于水平狀態(tài)的，所以也就不一定和主軸垂直。2、根據(jù)折射定律，請(qǐng)結(jié)合圖定性分析入射光的方位應(yīng)處于何種情況時(shí)才可能找到最小偏向角？答：在（c）情況下才能找到最小偏向角。在(a)(b)情況下，光線沿PQ入射后會(huì)折射到三棱鏡的非光學(xué)面上，從而發(fā)生散射或反射，沒有測量意義。只有(c)情況中光線可能發(fā)生兩次折射后射出，這樣才可能找到最小偏向角。3、根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的原理怎樣測量光波波長？答：用已知色散曲線和頂角的三棱鏡，由本實(shí)驗(yàn)測出未知光的最小偏向角，即可由算出三棱鏡對(duì)該波長光的折射率，進(jìn)而由色散曲線查出光的波長。4、試根據(jù)光路圖分析，為什么望遠(yuǎn)鏡光軸與平面鏡法線平行時(shí)，在目鏡內(nèi)內(nèi)應(yīng)看到型反射像與形叉絲的上方交點(diǎn)相重合？由望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分劃板上形叉絲的下橫線在望遠(yuǎn)