题用分光计测梭镋皲璃的折射率 教学目的1、使学生了解分光计的结构和原理,学会调节和使用分光计的方法 2、使学生掌握测量棱镜顶角和最小偏向角的方法。 3、用最小偏向角法计算棱镜玻璃的折射率。 难点1、分光计的调节 2、最小偏向角的测量 教学方法讲授、讨论、实验演示相结合 学 时4个学时 、前言 分光计是一种精确测量光线偏转角度的光学仪器,常用来测量广波的波长、棱镜 的色散率等。分光计比较精密,调整部件较多,是一种具有代表性的基本光学仪器 熟练掌握分光计的调整和使用,对一般光学仪器具有普遍的参考和指导作用。 折射率是介质材料光学性质的重要参量,测量的方法也很多,本实验通过测量三 棱镜的顶角和最小偏向角来求出棱镜玻璃的折射率。 、实验仪器 JJY型分光计,6.3V/220V变压器,手持照明放大镜,双面镜、三棱镜、低压汞 灯及电源。 、实验原理 三棱镜是分光仪器中的色散元件,其主截面是等腰 角形,如图1所示,光线以入射角投射到棱镜AB面 上,经棱镜两次折射后,以2角从AC面射出,出射光 线与入射光线的夹角δ称为偏向角。δ的大小随入射角 4而改变。可以证明,当=2时,偏向角为极小值δn 图1光线在三棱镜中的折射 称为棱镜的最小偏向角。它与棱镜的顶角A和折射率n之间有如下关系: 四、实验内容及步骤
课 题 用分光计测棱镜玻璃的折射率 教 学 目 的 1、使学生了解分光计的结构和原理，学会调节和使用分光计的方法。 2、使学生掌握测量棱镜顶角和最小偏向角的方法。 3、用最小偏向角法计算棱镜玻璃的折射率。 重 难 点 1、分光计的调节 2、最小偏向角的测量 教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合 学 时 4 个学时 一、前言 分光计是一种精确测量光线偏转角度的光学仪器，常用来测量广波的波长、棱镜 的色散率等。分光计比较精密，调整部件较多，是一种具有代表性的基本光学仪器， 熟练掌握分光计的调整和使用，对一般光学仪器具有普遍的参考和指导作用。 折射率是介质材料光学性质的重要参量，测量的方法也很多，本实验通过测量三 棱镜的顶角和最小偏向角来求出棱镜玻璃的折射率。 二、实验仪器 JJY 型分光计，6.3V/220V 变压器，手持照明放大镜，双面镜、三棱镜、低压汞 灯及电源。 三、实验原理 三棱镜是分光仪器中的色散元件，其主截面是等腰三 角形，如图 1 所示，光线以入射角 1 i 投射到棱镜 AB 面 上，经棱镜两次折射后，以 2 i 角从 AC 面射出，出射光 线与入射光线的夹角 称为偏向角。 的大小随入射角 1 i 而改变。可以证明，当 1 2 i i = 时，偏向角为极小值 min 称为棱镜的最小偏向角。它与棱镜的顶角 A 和折射率 n 之间有如下关系： 四、实验内容及步骤 图 1 光线在三棱镜中的折射 min sin 2 sin 2 A n A + =
调节分光计 (1)调节的要求 分光计的调节要达到“三垂直”的几何要求和“三聚焦”的物理要求。“三垂直”是 指载物台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。“三聚 焦”是指叉丝对目镜聚焦,即在目镜中能看到清晰的叉丝的像;望远镜对无穷远聚焦 即平面镜返回清晰的绿十字的像;狭缝对平行光管物镜聚焦,即在望远镜中看到清晰 的狭缝像。 (2)调节的步骤 ①参照图2,简要的介绍分光计的基本构造以及各部件的功能和调节方法。 ②目测粗调“三垂直”。 远镜刻庹圆盘载物台平行光管螺丝 ③调叉丝对目镜聚焦。打开电源,让 照明小灯照亮望远镜视场。旋转目镜 同时眼睛从目镜中观察,直至看到叉 丝变清晰,此时叉丝正好位于目镜的 蜾丝G螺丝E螺丝D螺丝H螺丝1 焦平面上。 图2分光计 ④调望远镜对无穷远聚焦。 ⑤调望远镜的主光轴与分光计主轴垂直 ⑥调载物台平面与分光计主轴垂直 ⑦狭缝对平行光管的物镜聚焦 一物镜2一分划板3一目镜4-小棱镜5一小电珠 ⑧调平行光管主光轴与分光计主轴垂直 2、调节三棱镜的两个光学面平行于分光计主轴 将三棱镜放置于载物台上,使其每一个角对准一个调平螺钉,并使其非光学面对准平 行光管。采用“二分法”反复调节,直至AB、AC两面返回的绿十字像与调节用的 叉丝重合,此时棱镜的两光学面就平行于分光计主轴 3、用自准法测三棱镜的顶角 测量三棱镜的最小偏向角 五、数据表格及数据处理 入射光波长:A=546.1m 分光计分度值:
1、调节分光计 （１）调节的要求 分光计的调节要达到“三垂直”的几何要求和“三聚焦”的物理要求。“三垂直”是 指载物台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴必须与分光计主轴垂直。“三聚 焦”是指叉丝对目镜聚焦，即在目镜中能看到清晰的叉丝的像；望远镜对无穷远聚焦 即平面镜返回清晰的绿十字的像；狭缝对平行光管物镜聚焦，即在望远镜中看到清晰 的狭缝像。 （２）调节的步骤 ①参照图２，简要的介绍分光计的基本构造以及各部件的功能和调节方法。 ②目测粗调“三垂直”。 ③调叉丝对目镜聚焦。打开电源，让 照明小灯照亮望远镜视场。旋转目镜 同时眼睛从目镜中观察，直至看到叉 丝变清晰，此时叉丝正好位于目镜的 焦平面上。 ④调望远镜对无穷远聚焦。 ⑤调望远镜的主光轴与分光计主轴垂直。 ⑥调载物台平面与分光计主轴垂直。 ⑦狭缝对平行光管的物镜聚焦。 ⑧调平行光管主光轴与分光计主轴垂直。 ２、调节三棱镜的两个光学面平行于分光计主轴 将三棱镜放置于载物台上，使其每一个角对准一个调平螺钉，并使其非光学面对准平 行光管。采用“二分法”反复调节，直至 AB 、 AC 两面返回的绿十字像与调节用的 叉丝重合，此时棱镜的两光学面就平行于分光计主轴。 3、用自准法测三棱镜的顶角。 4、测量三棱镜的最小偏向角 min 。 五、数据表格及数据处理 入射光波长： = 546.1nm 分光计分度值： ' 1 图 2 分光计 1－物镜 2－分划板 3－目镜 4－小棱镜 5－小电珠 图 3 自准自目镜
出射 方位2141:20143:2142:2014:2143·204.21412014·21422014 方位603124032603124032如030·24031:6030·24031:6032:2403 角 85038438438483848,3842,3849,3842.,23850.3849 3849 3847. 3848 实验结果计算 (1)三棱镜的顶角A=60° (2)最小偏向角δmn=3849 3)棱镜玻璃的折射率n=sn(δm+A)/sin=sin-(3849+60)/sin30° n=1.512 (4)不确定度的计算 ①求Uz 三棱镜的顶角直接取A=60°,因此只要取A的B类不确定度分量,所以 求U ∑(m0-6m)25×4)=045 b==058 Un2=0.0002rad ③求U =0.001 ④结果表达式
实验结果计算 （1）三棱镜的顶角 0 A = 60 （２）最小偏向角 0 ' min = 38 49 （３）棱镜玻璃的折射率 （４）不确定度的计算 ①求 U A 三棱镜的顶角直接取 0 A = 60 ，因此只要取 A 的 B 类不确定度分量，所以 ②求 min U ③求 U n ④结果表达式 0 ' 0 0 min 1 1 sin ( ) / sin sin (38 49 60 ) / sin30 2 2 2 A n A = + = + n =1.512 ' 1 1 3 3 U U A = = = B yi min 5 2 ' min( ) min 1 ( ) /(5 4) 0.45 A i i U S = = = − = ' 1 ' 0.58 3 UB = = min 2 2 0.0002 U U U rad = + = A B min 1 min min 2 2 2 2 csc (sin csc ) cos 0.001 2 2 2 2 2 n A A A A U U U + = + =
n=n±U=1.512±0.001 六、注意事项 1、在实验中,拿放光学器件时,要轻拿轻放,注意不要用手接触光学面。 2、在转动望远镜时,不要直接转镜筒,而是转动望远镜下面的支架。 3、在测量偏转角度时,一定要固定度盘和望远镜,让它们仪器转动。 七、教学后记 1、本实验操作步骤很多,操作难度较大,一定要注意边讲解边演示。 2、由于实验步骤太多,一般采取分步讲解,讲解完一个大的步骤以后,马上要求学 生操作,培养学生的动手能力。 3、实验报告填写时,要强调测量结果的标准化表达、不确定度的计算以及课后思考
1.512 0.001 n n n U = = 六、注意事项 1、在实验中，拿放光学器件时，要轻拿轻放，注意不要用手接触光学面。 2、在转动望远镜时，不要直接转镜筒，而是转动望远镜下面的支架。 3、在测量偏转角度时，一定要固定度盘和望远镜，让它们仪器转动。 七、教学后记 1、本实验操作步骤很多，操作难度较大，一定要注意边讲解边演示。 2、由于实验步骤太多，一般采取分步讲解，讲解完一个大的步骤以后，马上要求学 生操作，培养学生的动手能力。 3、实验报告填写时，要强调测量结果的标准化表达、不确定度的计算以及课后思考 题