折射法測(cè)定棱鏡折射率

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

熟悉分光計(jì)的構(gòu)造以及調(diào)節(jié)和使用。學(xué)習(xí)確定最小偏向角的方法。學(xué)習(xí)測(cè)定棱鏡折射率的方法。實(shí)驗(yàn)原理及背景知識(shí)介紹：

折射率是描述物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，折射率的大小與物質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)，還與光的波長(zhǎng)有關(guān)。對(duì)于不同的物質(zhì)狀態(tài)，折射率的測(cè)量方法也不盡相同，而最小偏向角法是測(cè)定三棱鏡折射率的基本方法之一。實(shí)驗(yàn)原理及背景知識(shí)介紹：

三棱鏡是由折射平面組成的光學(xué)系統(tǒng)。具體說(shuō)來(lái)，它是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的不平行的折射平面圍成的透明介質(zhì)元件。它的主要作用是使通過(guò)它的光線的行進(jìn)方向相對(duì)與原來(lái)的方向發(fā)生偏折。所以偏向角是它的主要特征量。如圖1入射光線SD與出射光線

ES’之間的夾角δ，稱為光在三棱鏡截面內(nèi)的偏向角。圖1棱鏡折射示意圖實(shí)驗(yàn)原理及背景知識(shí)介紹：對(duì)于給定頂角的三棱鏡，隨而變。在實(shí)驗(yàn)中可以觀察到當(dāng)變化時(shí)，有一個(gè)最小值，稱為最小偏向角。這時(shí)入射光的方向和出射光的方向是關(guān)于三棱鏡對(duì)稱的。當(dāng)偏向角達(dá)到最小值時(shí)，則三棱鏡的折射率為：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：１．調(diào)節(jié)分光計(jì)（1）把望遠(yuǎn)鏡目鏡分劃板上的叉絲調(diào)節(jié)清晰；（2）把望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)到適合觀察平行光；（3）把望遠(yuǎn)鏡的光軸調(diào)節(jié)到與儀器的主軸垂直；（4）把平行光管調(diào)節(jié)到能夠出射平行光；（5）把平行光管的光軸調(diào)節(jié)到與望遠(yuǎn)鏡共軸；（6）把狹縫調(diào)節(jié)成豎直狀態(tài)且寬度適中。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：2、測(cè)定棱鏡的折射率則，棱鏡的折射率為：根據(jù)棱鏡折射的光路圖，放置好三棱鏡，旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)去尋找最小偏向角的位置并記錄，移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)入射光的位置并記錄，即可以計(jì)算棱鏡的最小偏向角：實(shí)驗(yàn)步驟：一．調(diào)節(jié)分光計(jì)。四．記錄入射光的方位角二．尋找最小偏向角。三．記錄最小偏向角的方位角。五．計(jì)算最小偏向角。六．計(jì)算待測(cè)棱鏡的折射率。一、調(diào)節(jié)分光計(jì)

1．粗調(diào)（1）目測(cè)粗調(diào)使望遠(yuǎn)鏡光軸大致水平，并粗調(diào)平行光管使其與望遠(yuǎn)鏡大致共軸。（2）調(diào)節(jié)載物臺(tái)水平度調(diào)節(jié)螺絲使載物臺(tái)臺(tái)面大致水平。一、調(diào)節(jié)分光計(jì)2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（1）目鏡調(diào)焦目鏡調(diào)焦的目的是使眼睛通過(guò)目鏡能很清楚地看到目鏡中分劃板上的刻線和叉絲。調(diào)焦辦法：接通儀器電源，把目鏡調(diào)焦手輪旋出，然后一邊旋進(jìn)一邊從目鏡中觀察，直到分劃板刻線成像清晰，再慢慢地旋出手輪，至目鏡中刻線的清晰度將被破壞而未被破壞時(shí)為止（如圖3）。

遮光窗圖3目鏡分劃板一、調(diào)節(jié)分光計(jì)2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（2）應(yīng)用自準(zhǔn)法對(duì)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，使其適合觀察平行光

a、

接上電源，將分劃板照亮。

b、將雙面反射鏡放在載物臺(tái)上（如圖4）。

c、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡府仰角螺釘，尋找經(jīng)過(guò)平面鏡反射回來(lái)的的綠十字，并前后移動(dòng)目鏡裝置對(duì)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，使綠十字叉絲成像清晰（如圖5）。圖4雙面反射鏡的放置圖5雙面反射鏡反射回來(lái)的綠十字一、調(diào)節(jié)分光計(jì)2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（3）應(yīng)用各半調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的光軸與儀器的主軸垂直。

a、望遠(yuǎn)鏡內(nèi)出現(xiàn)清晰的綠十字叉絲像，而與分劃板上方的十字刻度線有一定的高度差

h（圖6a）。

b、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲，使高度差?

h?減小一半（圖6b）。

c、再調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺絲b?或c，使高度差全部消除（圖6c）。

圖6各半調(diào)節(jié)法示意圖一、調(diào)節(jié)分光計(jì)d、旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，使雙面反射鏡轉(zhuǎn)過(guò)180°，重復(fù)各調(diào)一半法，使綠十字叉絲像如圖

6(c)所示。e、重復(fù)上述步驟，使經(jīng)雙面反射鏡兩個(gè)面反射的的綠十字叉絲像均如圖6(c)所示。一、調(diào)節(jié)分光計(jì)3、調(diào)節(jié)平行光管（1）調(diào)節(jié)平行光管，使其適合觀察平行光調(diào)節(jié)平行光管上的狹縫裝置在平行光管軸線上的位置，直到狹縫的像最清晰，此時(shí)平行光管出射平行光，如圖7所示。圖7平行光管出射平行光一、調(diào)節(jié)分光計(jì)3、調(diào)節(jié)平行光管（2）調(diào)節(jié)平行光管，使其與望遠(yuǎn)鏡共軸旋轉(zhuǎn)狹縫90o，使其與目鏡分劃板水平刻線平行，調(diào)節(jié)平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘，使狹縫與目鏡視場(chǎng)中心的水平刻線重合，如圖8所示。圖8平行光管與望遠(yuǎn)鏡共軸示意圖一、調(diào)節(jié)分光計(jì)3、調(diào)節(jié)平行光管（3）調(diào)節(jié)縫寬適中（0.5mm左右）旋轉(zhuǎn)狹縫90o，使其與目鏡分劃板豎直刻線平行，調(diào)節(jié)狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪，使狹縫寬度適中，如圖9所示。圖9狹縫寬度調(diào)節(jié)示意圖二、尋找最小偏向角1、按照棱鏡折射光路圖放置好三棱鏡：圖棱鏡折射光路圖，BC為三棱鏡的底面δ為折射光線的偏向角二、尋找最小偏向角2、尋找折射光

用光源照亮狹縫，根據(jù)折射定律判斷折射光的出射方向，同時(shí)移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡觀察，可看到幾條平行的彩色譜線，即為折射光。

二、尋找最小偏向角3、觀察偏向角的變化

慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，同時(shí)注意譜線的移動(dòng)情況，觀察偏向角的變化。順著偏向角減小的方向，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使偏向角繼續(xù)減小，直至看到譜線移至某一位置后將反向移動(dòng)，即為最小偏向角的位置。三、測(cè)定最小偏向角的方向

轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡支架，使綠色譜線位于分劃板的中央，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲，使望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的分劃板十字刻度線的中央豎線對(duì)準(zhǔn)該綠色譜線中央，從游標(biāo)“1”和游標(biāo)“2”讀出該折射光線的角度。四、測(cè)定入射光方向

移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡支架，將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)平行光管，微調(diào)望遠(yuǎn)鏡，將狹縫像準(zhǔn)確地位于分劃板的中央豎直刻度線上，從兩游標(biāo)讀出入射光線的角度??，重復(fù)測(cè)量8次。

五、計(jì)算最小偏向角

根據(jù)最小偏向角的方向，以及入射光的方向，即可計(jì)算最小偏向角：六、計(jì)算待測(cè)棱鏡的折射率n對(duì)于已知頂角的三棱鏡，測(cè)量出某種譜線的最小偏向角，即可計(jì)算該待測(cè)棱鏡對(duì)這種譜線的折射率為：實(shí)驗(yàn)完成

當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成，所有實(shí)驗(yàn)相關(guān)原始數(shù)據(jù)（包括每一測(cè)量量的儀器示值誤差）都已按要求記錄在預(yù)習(xí)報(bào)告的三線表中后，可示意教師檢驗(yàn)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。教師在檢查、核對(duì)完該同學(xué)的儀器狀態(tài)與數(shù)據(jù)無(wú)誤并簽字后，填寫(xiě)好儀器使用登記表，整理好儀器，并收回椅子，方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室思考題：三棱鏡的折射率與哪些物理量有關(guān)？什么情況下會(huì)產(chǎn)生最小偏向角，對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷，折