分光儀的調(diào)整、反射法測(cè)三棱鏡頂角及最小偏向法測(cè)三棱鏡折射率

1、基礎(chǔ)物理基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告分 光儀 的調(diào)整 、 反 射 法 測(cè) 量 三 棱 鏡 的 頂 角及最小偏向角法測(cè)量三棱鏡折射率第一作者 ：學(xué)號(hào) ：第二作者 ：學(xué)號(hào) ：所在院系 ：孔祥鑫 11011041 孫文波 11011031 材料科學(xué)與工程學(xué)院 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告摘要本文以“分光儀的調(diào)整、反射法測(cè)量三棱鏡頂角及最小偏向法測(cè)量三棱鏡折射率”為主要內(nèi)容，依次介紹了實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟，隨后進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理及誤差分析，并進(jìn)行了誤差的定量分析，同時(shí)還給出了調(diào)節(jié)分光儀調(diào)節(jié)的技巧與經(jīng)驗(yàn)，也對(duì)實(shí)驗(yàn)提出了一些改進(jìn)意見(jiàn)，最后寫(xiě)了自己的體會(huì)和收獲。關(guān)鍵詞：分光儀，三棱鏡，頂角，折射率，誤差分析目錄摘要

2、I目錄II一、實(shí)驗(yàn)原理11.1分光儀的調(diào)整11.1.1分光儀的結(jié)構(gòu)11.1.2分光儀的調(diào)節(jié)原理及方法21.2反射法測(cè)量三棱鏡頂角51.2.1三棱鏡的調(diào)整51.2.2反射法測(cè)量三棱鏡頂角的測(cè)量原理61.3最小偏向角法測(cè)量三棱鏡折射率6二、實(shí)驗(yàn)儀器7三、實(shí)驗(yàn)步驟73.1分光儀的調(diào)整73.2三棱鏡頂角的測(cè)量83.3最小偏向角法測(cè)量棱鏡折射率8四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理94.1反射法測(cè)三棱鏡頂角94.1.1原始數(shù)據(jù)處理94.1.2不確定度計(jì)算94.2最小偏向法測(cè)量棱鏡折射率104.2.1原始數(shù)據(jù)處理104.2.1不確定度計(jì)算11五、誤差分析115.1誤差來(lái)源分析115.2探究平行光管的光是否垂直磨砂面BC射入對(duì)

3、反射法測(cè)三棱鏡頂角實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響125.3三棱鏡頂角及三棱鏡折射率誤差定量分析13六、注意事項(xiàng)15七、分光儀調(diào)節(jié)技巧與經(jīng)驗(yàn)15八、實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)建議16方案一 利用激光進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)16方案二 利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)16九、實(shí)驗(yàn)感想與收獲17參考文獻(xiàn)18原始數(shù)據(jù)記錄紙19II一、實(shí)驗(yàn)原理1.1分光儀的調(diào)整1.1.1分光儀的結(jié)構(gòu)圖1-1 JJY型分光儀1一狹縫套筒;2一狹縫套簡(jiǎn)鎖緊螺釘;3一平行光管;4一制動(dòng)架;5一載物臺(tái);6一載物臺(tái)調(diào)平螺釘;7一載物臺(tái)與游標(biāo)盤(pán)聯(lián)結(jié)螺釘;8一望遠(yuǎn)鏡;9一望遠(yuǎn)鏡鎖緊螺釘;10一阿貝式自準(zhǔn)直目鏡; 11一目鏡視度調(diào)節(jié)手輪;12一望遠(yuǎn)鏡光軸俯仰調(diào)節(jié)螺釘;13一望遠(yuǎn)鏡光軸水

4、平凋節(jié)螺釘;14一支臂; 15一望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺釘;16一望遠(yuǎn)鏡與度盤(pán)聯(lián)結(jié)螺釘;17一望遠(yuǎn)鏡固緊螺釘（位于圖后與螺釘16對(duì)稱(chēng)位置）;18一制動(dòng)架(一);19一底座;20一轉(zhuǎn)座;21一度盤(pán);22一游標(biāo)盤(pán);23一立柱;24一游標(biāo)盤(pán)微調(diào)螺釘;25一游標(biāo)盤(pán)固緊螺釘;26一平行光管光軸水平調(diào)節(jié)螺釘;27一平行光管光軸俯仰調(diào)節(jié)螺釘;28一狹縫寬度調(diào)節(jié)螺釘(1)三角底座在一角底座中心，裝有一垂直的固定軸，望遠(yuǎn)鏡、主刻度圓盤(pán)、游標(biāo)刻度圓盤(pán)都可繞它旋轉(zhuǎn)，這一固定軸稱(chēng)分光儀主軸。(2)刻度固盤(pán)圓盤(pán)上刻有角度數(shù)值的稱(chēng)為主刻度盤(pán)，在其內(nèi)側(cè)有一游標(biāo)盤(pán)，在游標(biāo)盤(pán)上相對(duì) 180處刻有兩個(gè)游標(biāo)。主刻度盤(pán)和游標(biāo)刻度盤(pán)都垂直于儀器主

5、軸，并可繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。讀數(shù)系統(tǒng)由主刻度盤(pán)和游標(biāo)盤(pán)（角游標(biāo)）組成 ，沿度盤(pán)一周刻有360個(gè)大格，每格 1，每大格又分成兩小格，所以每小格為 30。主刻度盤(pán)內(nèi)側(cè)有一游標(biāo)盤(pán)。主刻度盤(pán)可以和望遠(yuǎn)鏡一起轉(zhuǎn)動(dòng)，游標(biāo)盤(pán)可以和載物臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，游標(biāo)盤(pán)在它的對(duì)徑方向有兩個(gè)游標(biāo)刻度，游標(biāo)刻度的 30 個(gè)小格對(duì)應(yīng)主刻度盤(pán)刻度的 29 個(gè)小格，所以這一讀數(shù)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度為 1。它的讀數(shù)原理與游標(biāo)卡尺完全相同。(3)載物平臺(tái)載物平臺(tái)用來(lái)放置光學(xué)元件，如棱鏡、光柵等，在其下方有載物臺(tái)調(diào)平螺釘3 只，以調(diào)節(jié)平臺(tái)傾斜度（見(jiàn)圖 1 中的 6）。用螺釘 7 可調(diào)節(jié)載物平臺(tái)的高度，當(dāng)固緊時(shí)平臺(tái)與游標(biāo)刻度盤(pán)固聯(lián)。固緊螺釘25，可使游標(biāo)盤(pán)與

6、主軸固聯(lián)；擰動(dòng)螺絲24，可使載物臺(tái)與游標(biāo)盤(pán)一起微動(dòng)。 (4)自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡圖1-2 自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)如圖1-2 所示。它由目鏡、全反射棱鏡、叉絲分劃板及物鏡組成。目鏡裝在6處，全反射棱鏡和叉絲分劃板裝中間套筒內(nèi)，物鏡裝在 2處。叉絲分劃板上刻有雙十字叉絲和透光小十字刻線(xiàn)，并且與上叉絲與小十字刻線(xiàn)對(duì)稱(chēng)于中心叉絲，全反射棱鏡緊貼其上。開(kāi)啟光源4時(shí)，光線(xiàn)經(jīng)全反射棱鏡照亮小十字刻線(xiàn)。當(dāng)小十字刻線(xiàn)平面處在物鏡的焦平面上時(shí)，從刻線(xiàn)發(fā)出的光線(xiàn)經(jīng)物鏡成平行光。如果有一平面鏡將這個(gè)平行光反射回來(lái)，再經(jīng)物鏡，必成像于焦平面上，于是從目鏡中可以同時(shí)看到叉絲和小十字刻線(xiàn)的反射像，并且無(wú)視差，如果望遠(yuǎn)鏡光軸

7、垂直于平面反射鏡，反射像將與上叉絲重合。這種調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡使之適于觀察平行光的方法稱(chēng)為自準(zhǔn)直法，這種望遠(yuǎn)鏡稱(chēng)為自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡。 (5)平行光管平行光管與底座固聯(lián)，靠近儀器主軸的一端裝有平行光管的物鏡，另一端裝有可調(diào)狹縫套筒，前后移動(dòng)套管，使狹縫處在物鏡的焦平面上，于是由狹縫產(chǎn)生的光通過(guò)物鏡后成平行光。1.1.2分光儀的調(diào)節(jié)原理及方法分光儀常用于測(cè)量人射光與出射光之間的角度，為了能夠準(zhǔn)確測(cè)得此角度，必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：入射光與出射光(如反射光、折射光等)均為平行光；入射光與出射光都與刻度盤(pán)平面平行。為此須對(duì)分光儀進(jìn)行調(diào)整：使平行光管發(fā)出平行光，其光軸垂直于儀器主軸(即平行于刻度盤(pán)平面);使望遠(yuǎn)鏡接收平行

8、光，其光軸垂直于儀器主軸；須調(diào)整載物平臺(tái)，使其上旋轉(zhuǎn)的分光元件的光學(xué)平面平行于儀器主軸。下面介紹調(diào)整方法。(1)粗調(diào)調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)螺釘(見(jiàn)圖1-1之13)，使望遠(yuǎn)鏡居支架中央，并目測(cè)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺釘(見(jiàn)圖1-1之12)，使光軸大致與主軸垂直，調(diào)節(jié)載物平臺(tái)下方3只螺釘外伸部分等長(zhǎng)，使平臺(tái)平面大致與主軸垂直。這些粗調(diào)對(duì)于望遠(yuǎn)鏡光軸的順利調(diào)整至關(guān)重要。1一上叉絲;2一中心叉絲;3一透光十字刻線(xiàn);4一綠色背景;5一十字刻線(xiàn)的反射像(綠色) 圖1-3 叉絲分劃板和十字刻線(xiàn)的反射像(2)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡1)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦于無(wú)窮遠(yuǎn)調(diào)節(jié)要求：根據(jù)自準(zhǔn)直原理，當(dāng)叉絲位于物鏡焦平面時(shí)，叉絲與小十字刻線(xiàn)的反射像共面，即綠十字

9、與叉絲無(wú)視差，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡只接受平行光，或稱(chēng)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦于無(wú)窮遠(yuǎn)。調(diào)節(jié)方法：在載物平臺(tái)上(見(jiàn)圖1-4)放置平面反射鏡，構(gòu)成如圖1-2所示自準(zhǔn)直光路。開(kāi)啟內(nèi)藏照明光泡，照明透光小十字形刻線(xiàn)。調(diào)節(jié)目鏡A（轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡筒手輪A，筒壁螺紋結(jié)構(gòu)使A筒在B筒內(nèi)前后移動(dòng)），改變目鏡與叉絲分劃板間的距離，直至看清分劃板上的雙十字形叉絲。旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，改變平面反射鏡沿水平方向的方位，若平面反射鏡大的鏡面在俯仰方向上已大致垂直于望遠(yuǎn)鏡光軸，則在選擇載物臺(tái)的過(guò)程中，總可以在某一位置，通過(guò)目鏡看到一個(gè)綠色十字，如看不到則應(yīng)視情況調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡下方的俯仰螺釘或載物臺(tái)下方的b（或c）螺釘，再一次粗調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸大致與平面反射鏡的鏡面垂直

10、。前后伸縮叉絲分劃板套筒B，改變叉絲與物鏡之間的距離，直到在目鏡中清晰無(wú)視差地看到一個(gè)明亮的綠色小十字為止(見(jiàn)圖1-3(a)。圖1-4 平面鏡的放置2)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器主軸垂直調(diào)整原理：若望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于平面反射鏡鏡面，且平面鏡鏡面平行于儀器主軸，則望遠(yuǎn)鏡光軸必垂直于儀器主軸。此時(shí)若將載物臺(tái)繞儀器主軸轉(zhuǎn)180，使平面鏡的另一面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡仍將垂直于平面鏡。若望遠(yuǎn)鏡光軸開(kāi)始時(shí)垂直于平面鏡，但不垂直于主軸，亦即平面鏡鏡面不平行于主軸，則將平面鏡反轉(zhuǎn)180后，望遠(yuǎn)鏡光軸不再垂直于平面鏡鏡面。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于平面鏡鏡面時(shí)，反射像綠十字與上叉絲重合。若同時(shí)有平面鏡鏡面平行于儀器主軸，則平面鏡

11、反轉(zhuǎn)180后，仍有望遠(yuǎn)鏡光軸與平面鏡垂直，綠十字仍與上叉絲重合。此時(shí)必有望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于主軸。若平面鏡鏡面不平行于儀器主軸，則平面鏡反轉(zhuǎn)180后，仍有望遠(yuǎn)鏡光軸與平面鏡垂直，綠十字仍與上叉絲重合。此時(shí)必有望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于主軸。若平面鏡鏡面不平行于儀器主軸，則平面鏡反轉(zhuǎn)180后，綠十字與上叉絲將不再重合。圖1-5 半調(diào)法調(diào)整方法：在望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦于無(wú)窮遠(yuǎn)的基礎(chǔ)上，觀察綠色小十字，一般它會(huì)偏離上叉絲，調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺釘b或c，使綠色小十字向上叉絲移近1/2的偏離距離，再調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘，使綠色小十字與上叉絲重合(見(jiàn)圖1-5)，這時(shí)，望遠(yuǎn)鏡光軸與平面鏡鏡面垂直。將平面鏡反轉(zhuǎn)180，重復(fù)調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)

12、平螺釘b或c，并調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘，使綠色小十字各自消除1/2與上叉絲的偏離量，再次使望遠(yuǎn)鏡光軸與平面鏡鏡面垂直。如此重復(fù)幾次，直至平面鏡繞主軸旋轉(zhuǎn)180，綠色小十字始終都落在上叉絲中心為止。這種方法被稱(chēng)為半調(diào)法。（3）平行光管的調(diào)整1)使平行光管產(chǎn)生平行光當(dāng)被光所照明的狹縫剛好位于透鏡的焦平面上時(shí)，平行光管出射平行光。調(diào)整方法：將已調(diào)節(jié)好的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)平行光管，擰動(dòng)狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪，打開(kāi)狹縫，松開(kāi)狹縫套筒鎖緊螺釘，前后移動(dòng)狹縫套筒，當(dāng)在已調(diào)焦無(wú)窮遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡目鏡中無(wú)視差地看到邊緣清晰的狹縫像時(shí)，平行光管即發(fā)出平行光。2)調(diào)平行光管光軸與儀器主軸垂直望遠(yuǎn)鏡光軸已垂直主軸，若平行光管與其共軸，則

13、平行光管光軸同樣垂直主軸。調(diào)整方法：旋轉(zhuǎn)玩觀景至觀察到狹縫像，調(diào)整平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘，使狹縫像的中點(diǎn)與中心叉絲重合（中心叉絲與狹縫中點(diǎn)都可視為望遠(yuǎn)鏡與平行光管光軸所垂直通過(guò)的地方）；或?qū)ⅹM縫橫放，調(diào)平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘至狹縫的固定邊與中心叉絲重合。1.2反射法測(cè)量三棱鏡頂角1.2.1三棱鏡的調(diào)整1)調(diào)整要求欲測(cè)只棱鏡頂角,必須使忘遠(yuǎn)鏡的光軸旋轉(zhuǎn)平面垂直于待測(cè)頂角A的兩光學(xué)平面AB面和AC面（見(jiàn)圖1-6），即望遠(yuǎn)鏡分別對(duì)準(zhǔn)AB面和AC面時(shí)均應(yīng)有綠十字與上叉絲重合。2)三棱鏡的放置圖1-6 三棱鏡放置方法如圖1-6，按逆時(shí)針?lè)较蚍Q(chēng)三棱鏡的三個(gè)頂角為A、B、C，AB、AC構(gòu)成待測(cè)頂角A的光學(xué)面，B

14、C為磨砂面。放置時(shí)，令三棱鏡的AB(BC,AC)邊平行于載物臺(tái)上的經(jīng)線(xiàn)Oa（Ob、Oc）。這樣一來(lái)，在調(diào)節(jié)Oa（Oc）線(xiàn)下的調(diào)平螺釘a(c)時(shí)，整個(gè)棱鏡將以bc（ba）為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由于AB(AC)面與bc(ba)垂直，故不會(huì)影響AB(AC)面與儀器主軸的相對(duì)關(guān)系。3) 調(diào)三棱鏡的AB面和AC面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直此調(diào)整在已調(diào)好望遠(yuǎn)境的基礎(chǔ)上進(jìn)行。先用自準(zhǔn)直法調(diào)AB面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直（即A月面與儀器主軸平行），如不垂直，可調(diào)節(jié)調(diào)平螺釘b或c；再轉(zhuǎn)動(dòng)載物平臺(tái)將AC面轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡。此時(shí)可且只可調(diào)節(jié)調(diào)平螺釘a使AC面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直，因?yàn)檎{(diào)a不會(huì)破壞已調(diào)好的AB面與望遠(yuǎn)鏡光軸的垂直關(guān)系。1.2.2反射法測(cè)量三

15、棱鏡頂角的測(cè)量原理圖1-7 三棱鏡頂角應(yīng)靠近主軸中心反射法測(cè)頂角須使入射平行光經(jīng)AB、AC面反射后能通過(guò)望遠(yuǎn)鏡，而望遠(yuǎn)鏡是繞主軸旋轉(zhuǎn)的，所以AB和AC面的反射平行光必須通過(guò)主軸才能進(jìn)入 望遠(yuǎn)鏡。如果主軸中心遠(yuǎn)離頂角A，AB、AC面的反射光不能通過(guò)主軸，從而也就不能通過(guò)望遠(yuǎn)鏡；只有如圖1-7所示，頂角A 處于主軸中心O附近時(shí)，AB、AC面的反射光才能進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。所以測(cè)量頂角時(shí)，應(yīng)盡量將頂角A平移靠主軸中心處。測(cè)量原理：旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)至三棱鏡頂角 A 對(duì)準(zhǔn)平行光管，使部分平行光由 AB 面反射；另一部分平行光由AC面反射。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡在位置觀察到AB面反射的狹縫像，在位置觀察到AC面反射的狹縫像時(shí)，望遠(yuǎn)鏡

16、轉(zhuǎn)過(guò)了角度 ，由圖1-7可知:=A+i1+i2又因?yàn)锳=i1+i2故有A=21.3最小偏向角法測(cè)量三棱鏡折射率如圖1-8所示，單色平行光束人射到三棱鏡AB面，經(jīng)折射后由AC面出射，出射光線(xiàn)與人射光線(xiàn)的夾角稱(chēng)為偏向角。圖1-8 最小偏向角發(fā)測(cè)量棱鏡折射率沿主截面入射的光線(xiàn)DE在界面AB上發(fā)生第一次折射，由折射定律有sini1=n1sini2折射光線(xiàn)EF入射到界面AC上發(fā)生第二次折射，同理有 n1sini2=sini1 (1)設(shè)三棱鏡頂角為A，由EOF和EPF可知 A=i2+i2 (2)=i1-i2+i1-i2=i1+i1-i2+i2 =i1+i1-A (3)可見(jiàn)對(duì)頂角一定的棱鏡而言，偏向角隨入射

17、角i1而變；對(duì)某一個(gè)i1值，偏向角有最小值min，稱(chēng)為最小偏向角。由最小偏向角條件ddi1=0可以證得 i1=i1 或 i2=i2 (4)將(4)式代入式(2)和式(3)，得 i2=A2， i1=12 min+A (5) 將上式代入式(1)，得n1=sinmin+A2sinA2二、實(shí)驗(yàn)儀器分光儀、平面反射鏡、三棱鏡、鈉燈及電源三、實(shí)驗(yàn)步驟3.1分光儀的調(diào)整調(diào)整要求：平面鏡反射回來(lái)的綠色十字與叉絲無(wú)視差。平面鏡正、反兩面反射回來(lái)的綠色十字均與上叉絲重合，且轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)過(guò)程中綠色十字沿上叉絲移動(dòng)。狹縫像.與叉絲無(wú)視差，且其中點(diǎn)與中心叉絲等高。具體調(diào)整方法詳見(jiàn)原理部分。3.2三棱鏡頂角的測(cè)量（1）調(diào)整三

18、棱鏡將三棱鏡放置于載物臺(tái)上，使帶測(cè)頂角 A 靠近中心，并使其一個(gè)光學(xué)面與載物臺(tái)上的某根徑線(xiàn)平行，用壓桿法固定好棱鏡。將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)三棱鏡某光學(xué)平面，調(diào)節(jié)與另一光學(xué)平面平行的載物臺(tái)徑線(xiàn)下螺釘，使綠十字與上叉絲重合。同理再調(diào)整另一光學(xué)平面。（2）反射法測(cè)三棱鏡的頂角1)偏心差的消除在分光儀的生產(chǎn)過(guò)程中，分光儀的主刻度盤(pán)和游標(biāo)盤(pán)不可能完全同心，讀數(shù)時(shí)不可避免地將差生偏差，成為偏心差，這是儀器本身的系統(tǒng)誤差。消除系統(tǒng)誤差的辦法是采用對(duì)徑讀數(shù)法。設(shè)開(kāi)始時(shí)，左邊游標(biāo)的讀數(shù)為1，右邊游標(biāo)的讀數(shù)為1，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡或載物臺(tái)轉(zhuǎn)過(guò)某一角度后，左邊游標(biāo)的讀數(shù)為2，右邊游標(biāo)的讀數(shù)為2，可以由左邊的讀數(shù)得其轉(zhuǎn)角1=2-1，由右

19、邊讀數(shù)得其轉(zhuǎn)角2=2-1，然后取其平均=121+2=122-1+2-1這就可以消除偏心差，得到準(zhǔn)確的結(jié)果。2)減小主刻度盤(pán)不均勻所造成的系統(tǒng)誤差如果主刻度盤(pán)不均勻，測(cè)量時(shí)將產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差。為了減少此系統(tǒng)誤差，需要在刻度盤(pán)的不同部位進(jìn)行多次測(cè)量，然后取其平均值。測(cè)量方法：每次測(cè)量時(shí)應(yīng)改變初始值，即松開(kāi)主刻度盤(pán)與望遠(yuǎn)鏡的固緊螺釘（見(jiàn)圖1-1之16），單獨(dú)旋轉(zhuǎn)主刻度盤(pán)5060，測(cè)量次數(shù)不少于5次。注意：在推動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，應(yīng)推動(dòng)望遠(yuǎn)鏡支臂（見(jiàn)圖1-1之14），切勿直接推鏡筒，以免破壞望遠(yuǎn)鏡與儀器主軸的垂直關(guān)系，造成角度測(cè)量的超差。3.3最小偏向角法測(cè)量棱鏡折射率旋轉(zhuǎn)載物平臺(tái)，使平行光沿圖1-8所示方

20、向人射三棱鏡的AB面，用望遠(yuǎn)鏡在AC面觀察折射光線(xiàn)，之后沿某方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)(改變?nèi)肷浣?，可看到譜線(xiàn)隨平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)向一個(gè)方向移動(dòng)，當(dāng)移到某個(gè)位置時(shí)突然向反方向折回，這一轉(zhuǎn)折位置郎該潛線(xiàn)的最小偏向位置。測(cè)量此位置處譜線(xiàn)與入射光線(xiàn)的夾角，此即最小偏向角min。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理4.1反射法測(cè)三棱鏡頂角4.1.1原始數(shù)據(jù)處理i112213304415039210423039120.017224445644144818446120.067332613146920610268120.0334180520503005212049119.99252751495101551233511120.008其中=121+

21、2=122-1+2-1（其中第2、4組1與2、1與2在計(jì)算時(shí)互換位置）。當(dāng) 21或21時(shí)，應(yīng)將2-1或2-1調(diào)整為（360+1-2）或（360+1-2）。同時(shí)將分度制換算為角度制，則=i=15ik=120.017+120.067+120.033+119.992+120.0085 =120.0234所以 A=/2=60.01174.1.2不確定度計(jì)算A類(lèi)不確定度：ua=i=15i-2/kk-1=0.01276其中k=5。B類(lèi)不確定度：因?yàn)橛螛?biāo)的準(zhǔn)確度為1 ，所以其誤差限可認(rèn)為是1。所以u(píng)b=11603=0.0096225所以由不確定度合成公式得A的不確定度為：u=ua2+ub2=0.01598因

22、為A=/2所以u(píng)A=12u=0.00799則AuA=60.0120.0084.2最小偏向法測(cè)量棱鏡折射率4.2.1原始數(shù)據(jù)處理i1122132811148827716971250.9252251127193025122350.892327414941222324432250.8334208182817259879650.82552404760451895795550.833其中=121+2=122-1+2-1（其中第2、4組1與2、1與2在計(jì)算時(shí)互換位置）。當(dāng) 21或2 A=12=142-1+2-14= 6= 5結(jié)果頂角A的表達(dá)式與(1)式相同, 可見(jiàn)(1)式的成立與平行入射光是否與BC 邊垂

23、直無(wú)關(guān)。所以用反射法測(cè)定三棱鏡的頂角的關(guān)鍵不在于如何使三棱鏡的頂角正對(duì)平行光管, 而只要把三棱鏡放置于載物臺(tái)中部, 使頂角A對(duì)著平行光管, 適當(dāng)調(diào)節(jié)頂角A 的取向, 使AB、AC兩面均能看到狹縫的反射像即可。圖5-25.3三棱鏡頂角及三棱鏡折射率誤差定量分析如圖5-3所示，平面BCD為刻度盤(pán)所在平面位置，由于載物臺(tái)的傾斜，設(shè)其傾斜角度為，使放在載物臺(tái)上的三棱鏡也傾斜角度，平面ACD為三棱鏡所在位置，由圖可得：SBCD=SACDcos (2)SBCD=12BCBDsin2 (3)SACD=12ACADsin1 (4)BD=ADcos1 (5)圖5-3BC=ACcos2 (6)由以上五式可得：co

24、s1cos2sin2=cossin1 (7)即：sin1=sin2coscos1cos2 (8)令2=1+2AB=BOtan=BDtan1 (9)BO=BDcos1 (10)由此可得tan1=cos1tan (11)同理可得tan2=cos2tan=cos2-1tan (12)代入得sin1=sin2cos11+tan211+tan22=sin2cos11+tan2cos211+tan2cos22-1 (13)其中012計(jì)算不難得到，當(dāng)1=2=22 時(shí)，dsin1d1=0 時(shí)，sin1取得最小值。當(dāng)1=0，2=2或1=2，2=0時(shí)，sin1取得最大值。(1)若取2=60，5時(shí)：由(13)，通過(guò)

25、計(jì)算可得：1的最大值為：59551的最小值為：5949由時(shí)可看出1的最小值比2小了11，絕對(duì)誤差遠(yuǎn)大于分光儀的讀數(shù)誤差(分光計(jì)的讀數(shù)誤差為1，在測(cè)量偏向角與頂角時(shí)，因?yàn)橛袃蓚€(gè)以上的分光儀的角度讀數(shù)相減，因此運(yùn)算后的分光計(jì)角度的最大絕對(duì)誤差為2)。進(jìn)而測(cè)得的折射率也會(huì)存在誤差，若取三棱鏡頂角為5949到5955之間，則相應(yīng)的折射率誤差大約為0.0013到0.0028，可見(jiàn)如果三棱鏡調(diào)節(jié)不好使角大于5時(shí)即會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。(2)若取2=60，2時(shí)：1的最大值為：59591的最小值為：5958通過(guò)上述計(jì)算可得，只要傾斜角度小于2，(一般來(lái)說(shuō)，傾斜度大于2，人就能感覺(jué)出傾斜了) 1的最大值與最小值，和

26、2的誤差范圍約等于分光計(jì)讀數(shù)的誤差。也即可認(rèn)為1=2。此時(shí)，相應(yīng)的折射率誤差大約為0.0003到0.0005，可見(jiàn)如果三棱鏡調(diào)節(jié)的好使角小于2時(shí)三棱鏡折射率會(huì)比較準(zhǔn)確，誤差較小。六、注意事項(xiàng)1、所有光學(xué)儀器的光學(xué)面均不能用手擦拭，應(yīng)該用鏡頭紙輕輕揩擦。三棱鏡、平面鏡應(yīng)妥善放置，以免損壞。2、分光儀是較精密的光學(xué)儀器，不允許在制動(dòng)螺釘鎖緊時(shí)強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡或游標(biāo)盤(pán)等，也不要隨意擰動(dòng)狹縫。3、在讀數(shù)前務(wù)必檢查分光儀的幾個(gè)制動(dòng)螺釘是否鎖緊，以防讀數(shù)過(guò)程中，望遠(yuǎn)鏡或游標(biāo)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣取得的數(shù)據(jù)不可靠。4、測(cè)量中應(yīng)正確使用望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的微調(diào)螺絲，以便提高工作效率和測(cè)量準(zhǔn)確度。使用微調(diào)螺釘時(shí)，應(yīng)保證相應(yīng)的制動(dòng)螺

27、釘在松弛狀態(tài)。5、在游標(biāo)讀數(shù)過(guò)程中，由于望遠(yuǎn)鏡可能位于任何方位，故處理數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中是否過(guò)了刻度零點(diǎn)。6、讀數(shù)時(shí)，左、右游標(biāo)不要弄混。七、分光儀調(diào)節(jié)技巧與經(jīng)驗(yàn)1.粗調(diào)工作一定要做好，因?yàn)榇终{(diào)關(guān)系到后面的精調(diào)能否順利，如果粗調(diào)工作沒(méi)有做好，那么后面精調(diào)時(shí)會(huì)既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，有時(shí)候甚至根本調(diào)不好分光儀，所以粗調(diào)工作一定要做好。2.當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光軸已垂直于儀器轉(zhuǎn)軸，而平面鏡平面與儀器轉(zhuǎn)軸成角，則平面鏡兩個(gè)反射平面分別反射到望遠(yuǎn)鏡中的亮十字必然對(duì)稱(chēng)分布在重合位置的上下兩邊，因此，在這種情況下，只需調(diào)節(jié)載物臺(tái)傾斜度使之重合即可，而不必調(diào)望遠(yuǎn)鏡傾斜度。3.當(dāng)平行平面鏡兩個(gè)反射面已經(jīng)平行于儀器轉(zhuǎn)軸，

28、而望遠(yuǎn)鏡光軸不垂直于儀器轉(zhuǎn)軸，則平面鏡兩個(gè)反射面分別反射到望遠(yuǎn)鏡中的亮十字必然位于正確重合位置的上方或者下方的同一側(cè)的相同位置處。因此在這種情況下，只需調(diào)望遠(yuǎn)鏡傾斜度使之重合即可，而不必調(diào)載物臺(tái)傾斜度。4.正式實(shí)驗(yàn)之前一定要將各個(gè)螺絲的功能搞清楚，這樣才能在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候有條不紊，不會(huì)手忙腳亂，如果事先沒(méi)有搞清楚各個(gè)螺絲的作用，則會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)儀器造成很大的障礙，所以實(shí)驗(yàn)前做好預(yù)習(xí)是很重要的。5.如果轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)使平面鏡的一面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，如看不到十字像，則可以轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)有十字像的一面，通過(guò)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡傾斜螺絲，使十字像處于視場(chǎng)的最上方，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)在另一面尋找十字像，通?？梢哉业健Ｈ绻也坏?，則轉(zhuǎn)

29、動(dòng)載物臺(tái)，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)有十字像的那一面，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的傾斜螺絲，使十字像調(diào)至視場(chǎng)的最下方，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，將原來(lái)無(wú)反射十字像的鏡面對(duì)著望遠(yuǎn)鏡，就可以找到十字像了。八、實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)建議本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，就是調(diào)整儀器比較困難。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸、平行光管光軸與儀器主軸垂直都比較困難，我們?cè)噲D尋找一些簡(jiǎn)單的方法使調(diào)節(jié)變得容易一些，經(jīng)過(guò)討論和查閱相關(guān)資料，我們確定如下兩種方案。方案一 利用激光進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)激光具有方向性好的特點(diǎn)，可以幫助我們調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的光路。在望遠(yuǎn)鏡的鏡筒上方安裝一小型激光器配合瞄準(zhǔn)，作為幫助校準(zhǔn)之用。在激光器前放置一小孔，讓激光器通過(guò)小孔入射的平面鏡上，根據(jù)反射光點(diǎn)的位置利用半調(diào)法對(duì)望遠(yuǎn)鏡俯仰和載物臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使平面鏡