用分光计测定三棱镜玻璃的折射率实验
实验15 用分光计测定三棱镜折射率
实验15 用分光计测定三棱镜折射率亡灵311300【实验目的】1.了解分光计的主要构造及各部分的作用。
2.掌握分光计的调节要求和使用方法。
3.光测光的色散现象。
4.学习三棱镜顶角的测量方法。
5.学习用最小偏角法测定棱镜材料的折射率。
【仪器用具】JJY 型分光计、汞灯及电源、三棱镜、平面反射镜【实验原理】1.用最小偏向角测定三棱镜的折射率n如图15-1所示，有一折射率为n 的三棱镜，一束平行光的单色光以入射角i 1(入射光与AB 面法线的夹角)入射到三棱镜的AB 面上，经两次折射后由另一面AC 射出，出射角（出射光与AC 面法线的夹角）为i 2，入射光与出射光之间的夹角称为偏向角，理论上可以证明，当入射角i 1等于出射角i 2时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角δ。
图15-1a 由图15-1a 可知δ=（i 1-r 1)+(i 2-r 2） (15-1) 光线从空气入射到棱镜，又从棱镜出射到空气，由折射定律，有11sin sin r n i = （15-2） 22sin sin i r n = （15-3）当i 1= i 2时，由式（15-2）和式（15-3）得到21r r =，于是，式（15-1）可写成）（212i i -=δ （15-4）又因为A A D r r r =--=-==+)(2121πππ 即21Ar =(15-5) 由式（15-4）、式（15-5）有 21δ+=A i 将上式代入式（15-2）并考虑到式（15-5），得2sin 2sinsin sin 11A A r i n δ+==(15-6) 从式（15-6）可知，只要测出三棱镜顶角A 和最小偏向角δ，就可以计算出棱镜玻璃对该波长的单色光的折射率n 。
当入射光不是单色光时，虽然各种波长的光的入射角都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不同。
对于一般透明材料来说，折射率 随波长的减小而增大，通常，手册中给出的材料 的折射率如果没做特别标明的话，一般都是指该 材料对波长为589.3nm 的钠黄光而言的。
分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定
分光计调节及棱镜玻璃折射率的测定光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面时，会发生反射和折射，光线将改变传播的方向，结果在入射光与反射光或折射光之间就存在一定的夹角。
通过对某些角度的测量，可以测定折射率、光栅常数、光波波长、色散率等许多物理量。
因而精确测量这些角度，在光学实验中显得十分重要。
•• 分光计是一种能精确测量上述要求角度的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。
由于该装置比较精密，控制部件较多而且操作复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，方能获得较高精度的测量结果。
分光计的调整思想、方法与技巧，在光学仪器中有一定的代表性，学会对它的调节和使用方法，有助于掌握操作更为复杂的光学仪器。
对于初次使用者来说，往往会遇到一些困难。
但只要在实验调整观察中，弄清调整要求，注意观察出现的现象，并努力运用已有的理论知识去分析、指导操作，在反复练习之后才开始正式实验，一般也能掌握分光计的使用方法，并顺利地完成实验任务。
【实验目的】：1．了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法；2．掌握测定棱镜角的方法；3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。
【实验仪器】：分光计（JJY型1’），双面镜，钠灯，三棱镜。
【实验原理】：•• 三棱镜如图1 所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。
图1三棱镜示意图•• 1．反射法测三棱镜顶角如图2 所示，一束平行光入射于三棱镜，经过AB面和AC面反射的光线分别沿和方位射出，和方向的夹角记为，由几何学关系可知：••图2反射法测顶角2．最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率假设有一束单色平行光LD入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射光线LD与出射光线ER间的夹角称为偏向角，如图3所示。
• 图3最小偏向角的测定转动三棱镜，改变入射光对光学面AC的入射角，出射光线的方向ER也随之改变，即偏向角发生变化。
用分光计测定三棱镜的折射率
用分光计测定三棱镜的折射率一、实验目的1、加深对分光计结构、作用及工作原理的了解,熟练掌握分光计的调节方法;2、握测量棱镜玻璃折射率的方法，并用最小偏向角法测定三棱镜的折射率。
二、实验原理分光计的结构、调节方法及工作原理，我们已在其它实验中作了介绍,这里不再赘述。
下面介绍最小偏向角法测棱镜玻璃的折射率。
将待测的光学玻璃制成三棱镜，测量原理见图1。
一束单色平行光以入射角投射到棱镜面AＢ上，经棱镜两次折射后以角从AC面射出,成为光线,则入射光与出射光的夹角成为偏向角。
其大小为:即因为棱镜已经给定,所以顶角A和折射率n已确定不变,所以偏向角是的函数，随入射角而变.转动三棱镜,改变入射光对光学面AB的入射角，出射光线的方向也随之改变,即偏向角发生变化。
沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小;当转到某个位置时,若再继续沿此方向转动,偏向角又将逐渐增大，偏向角在此位置达到最小值,称为最小偏向角，用表示。
用微商算法可以证明，当(或）时，偏向角有最小值，此时有，,根据折射定律，三棱镜的折射率为实验中,利用分光计测出三棱镜的顶角及最小偏向角,即可由上式算出棱镜材料的折射率n.三、实验仪器JJY型１´分光计,玻璃三棱镜,水银灯，平面反射镜四、实验内容1、调节分光计(1)调节望远镜聚焦于无穷远．（2)调节望远镜光轴与分光计转轴垂直。
(3）调节平行光管产生平行光。
（４)调节平行光管光轴与分光计转轴垂直.2、调节三棱镜并测量三棱镜顶角Ａ（１)棱镜的主截面与望远镜光轴平行，注意三棱镜在活动平台上的放置方法。
(２)测量棱镜的顶角Ａ。
３、测定最小偏向角本实验中，我们采用水银灯作为光源，在上述调好望远镜和三棱镜的基础上，测定棱镜对水银绿谱线（)的最小偏向角.(1)用水银灯照亮平行光管的狭缝，转动游标盘(连同载物台)，使待测棱镜处在如图２示的位置上。
转动望远镜至棱镜出射光的方向，观察折射后的狭缝像,此时在望远镜中就能看到水银光谱线(狭缝单色像)。
分光计实验
115实验1 分光计的调整和三棱镜折射率的测定【实验目的】1．了解分光计的结构,掌握调节和使用分光计的方法。
2．了解测定棱镜顶角的方法。
3．用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率。
【实验器材】分光计、钠灯、三棱镜、双面平面镜。
【实验原理】分光计是一种常用的光学仪器，实际上就是一种精密的测角仪，在几何光学实验中，主要用来测定棱镜角、光束的偏向角等，而在物理光学实验中，加上分光元件（棱镜、光栅）即可作为分光仪器，用来观察、测量光谱线的波长等。
下面以学生型分光计（JJY 型）为例，说明它的结构、工作原理和调节方法。
一、分光计的结构分光计主要由底座、望远镜、平行光管、载物平台和刻度圆盘等几部分组成，每部分均有特定的调节螺钉，图5-11-1为JJY 型分光计的结构外型图。
1．分光计的底座要求平稳而坚实。
在底座的中央固定着中心轴，望远镜、刻度盘和游标内盘套在中心轴上，可以绕中心轴旋转。
2．平行光管固定在底座的立柱上，它是用来产生平行光的。
其一端装有消色差的汇聚透镜，另一端装有狭缝的圆筒，狭缝的宽度根据需要可在0.02～2ｍｍ范围内调节。
3．望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起，套在主刻度盘上，它是用来观察目图5-11-1 分光计1-狭缝装置 2-狭缝装置锁紧螺钉 3-平行光管 4-制动架（一） 5-载物台 6-载物台调节螺钉（3只） 7-载物台锁紧螺钉 8-望远镜 9-目镜锁紧螺钉 10-分划板 11-目镜调节手轮 12-望远镜仰角调节螺钉 13-望远镜水平调节螺钉 14-望远镜微调螺钉 15-转座与刻度盘制动螺钉 16-望远镜制动螺钉 17-制动架（二） 18-底座 19-转座 20-刻度盘 21-游标盘 22-游标盘微调螺钉 23-游标盘制动螺钉 24-平行光管水平调节螺钉 25-平行光管仰角调节螺钉 26-狭缝宽度调节手轮116 标和确定光线的传播方向。
望远镜由目镜系统和物镜组成，为了调节和测量，物镜和目镜之间还装有分划板，它们分别置于内管、外管和中管内，三个管彼此可以相对移动，也可以用螺钉固定，如图5-11-2所示，在中管的分划板下方紧贴一块450全反射小棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一个绿色的小十字窗口，照明小灯发出的光线从小棱镜的另一直角边入射，从450反射面反射到分划板上，透光部分在分划板上便形成一个明亮的十字窗。
实验48分光计测定三棱镜折射率
③求出波长λ=546.07nm的绿光谱线的最小偏向角。
由于平台转动并没有带动度盘，所以望远镜转过的角度等于2δmin。即望远镜转过的角度：
所以：
④再重复测量四次。
（4）由式（6-9）计算出三棱镜玻璃对波长λ=546.07nm的绿光谱线的折射率n。计算n的合成不确定度un并写出结果表达式。
表6-2自准法测量三棱镜顶角数据表格
②测量最小偏向角δmin（表6-3）：
表6-3测量最小偏向角δmin数据表格
角度
测量次数
θM
θN
θM’
θN’
|θM’-θM|
|θN’-θN|
δmin
1
318°4ˊ
138°3ˊ
209°30ˊ
29°35ˊ
108°34ˊ
108°28ˊ
0．94698
0．94679
2
318°4ˊ
δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2）
A=r+r’（6-3）
可得： δ=（i+i’）-A（6-4）
三棱镜顶角A是固定的，δ随i和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i而变化，所以偏向角δ仅是i的函数．在实验中可观察到，当i变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角．
令 ，由式(6-4)得
（6-5）
再利用式（6-3）和折射定律
138°2ˊ
2030ˊ
108°27ˊ
0．94662
3
318°5ˊ
138°3ˊ
209°33ˊ
29°36ˊ
108°32ˊ
108°27ˊ
0．94677
（2）数据处理
分光计的调节及三棱镜折射率的测定
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实验三、分光计的调节及三棱镜折射率的测定
一、目的
1、 了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法；
2、 掌握测定三棱镜顶角的方法；
3、 用最小偏向角法测定三棱镜玻璃的折射率。
二、仪器及用具
分光计、钠灯、平面镜、三棱镜 三、原理
1、 三棱镜顶角的测定 由自准直法：转动望远镜其光轴先后与两个光学面法线重合时，测出两法线的
夹角ϕ则其顶角为：A=180-ϕ
2、 由最小偏向角测玻璃的折射率测得三棱镜的顶角A 和最小偏向角min δ则玻璃的折射率为
2
sin
2sin min
A A n δ+=
四、实验内容
1、分光计的调节： 望远镜的调节： a)：物镜聚焦与无穷远
b)：目镜调焦至观察到清晰的叉丝c):光轴垂直于仪器的转轴
载物台的调节：调节载物平台的调平螺丝，使棱镜两光学面反射的绿十字在分划板上能重合，则载物平台达到与轴垂直。
a):平行光管产生平行光 b):使光管与轴垂直与望远镜共轴 c):适当调节狭缝使能观测到清晰的单缝 ★ 分光计调节和使用中应注意的问题：
1）：调节过程必须仔细严格要求按讲义的程序进行 2）：必须仔细了解每个元件的结构作用及原理
3）：刻度盘读数实验室中分光计的刻度盘为角游标，主尺最小分度为︒
5.0游标最小分度为'
1读数为
'xx xxx ︒；为防轴偏心带来的误差刻度盘上的对标装有两个游标，读数时必须读出两个游标之值；当内
盘转过︒
360后其值应为︒
360+'
xx xxx ︒
2、用自准直法测三棱镜的顶角
3、最小偏向角的测定
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分光计测定三棱镜折射率实验报告
分光计测定三棱镜折射率实验报告一、实验目的1. 掌握分光计的使用方法。
2. 了解测量折射率的方法，掌握三棱镜的测量原理。
3. 分析误差，并加以控制。
二、实验仪器和原理1. 实验仪器（1）分光计（2）三棱镜（3）光源2. 测量原理（1）折光定律折射率n的定义是一个介质中的光速与真空中光速之比。
在折射定律中，入射角i、出射角r和折射角t之间的关系式称为折射定律，即n1sin(i)=n2sin(r)n1、n2分别为两种介质的折射率，i、r分别为两种介质中的入射角和出射角，t为两种介质之间的折射角。
（2）三棱镜的测量原理在三棱镜中，通过射入的光线在三棱镜内壁上的多次反射，最终会形成在三棱镜底面上部一条白色光谱带（或称“光条”）。
当白光射入三棱镜中，由于不同波长（或称颜色）的光速和折射率不同，因而白光在反射和折射过程中发生了不同的偏折角，形成了一个色散谱。
我们可以用分光计来准确地测量出不同颜色光线的偏折角，计算出相应的折射率。
三、实验操作及测量数据1. 实验操作（1）待三棱镜达到室温时，用干净的纱布或电纸对三棱镜进行擦拭，以保证表面平整、光滑。
检查三棱镜顶角是否完全磨平。
（2）对分光计反射面进行仔细清洁，要求表面光洁度良好，不得有灰尘等杂质，否则会影响测量结果。
（3）取三棱镜，将其放在分光计的三脚架上，调整使其底面与分光计反射镜保持水平，并用小螺钉使其固定在三脚架上。
调节三棱镜与分光计反射面之间的距离，使得白光尽可能聚焦在样品上。
（4）打开分光计光源，让其发出光线，将其反射到三棱镜上。
（5）调节分光计的光源位置，直到彩色光谱线正确地出现在仪器中约60%处的狭缝中。
此时，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等7种颜色的光线分别经过三棱镜的反射和折射作用，在底面上形成了一条光谱带。
（6）将分光计转至零位置，并调节顶角朝向自己方向。
（7）依次测量不同颜色的光线的偏折角度，并记录数据。
（8）重复以上步骤三次，以保证测量结果的可靠性。
用分光计测三棱镜的折射率
用分光计测三棱镜的折射率分光计是用来准确测量角度的仪器。
光学实验中测角度的情况很多，如测量反射角、折射角、衍射角等。
用分光计不仅可以间接测量光波的波长、还可以间接测量折射率和色散率等。
本实验就是用分光计来间接测量三棱镜的折射率。
一、教学目的1. 学会调节使用分光计。
2. 测定三棱镜的折射率。
二、教学要求1. 本实验三小时完成。
2. 掌握分光计的结构原理，掌握分光计的调整方法。
3. 掌握角游标原理和用分光计测角度的方法。
4. 观察复色光的色散现象。
5. 用自准法测定三棱镜的顶角，测定三棱镜对绿光λ=546nm的最小偏向角。
6. 计算出三棱镜对绿光的折射率，并对结果进行评价，写出合格的实验报告。
三、三、教学重点和难点难点：望远镜系统的调节和最小偏向角的测定。
重点：望远镜系统的调节和最小偏向角的测定。
即难点内容亦是重点内容(用提问方式发挥学生主动性，配合讲解攻克难点)。
四、讲解内容1. 提问：本实验的目的?(学生答)2. 提问：本实验的重点和难点内容是什么?(教师答)3. 提问：分光计由哪几部分组成?(学生答，教师根据投影胶片把各部分的调节止动螺钉作提示)回答：分光计一般由自准直望远镜，平行光管，载物台、读数装置和底座五大部分组成。
4. 读数装置为什么要设计成双游标?如何读数和计算?(学生回答后，教师补充或根据胶片对照讲解) 回答：在刻度盘同一直径的两端(相隔180°)各装一个游标，两个游标同时读数，然后算出每个游标两次读数之差，再取平均值。
这个平均值即为望远镜(或载物台)所旋转过的角度。
并消除了刻度盘上与分光计中心轴线之间由于制造带来的偏心差。
读数举例：a、 b游标读数相差： 180°±3′望远镜初始位置读数：望远镜转过θ角后读数游标a、游标b、游标a、游标b335°5′ 155°2′ 95°7′ 275°6′差数：游标a：360°+95°7′—335°5′=120°2′游标b：275°6′—155°2′=120°4′转过的角度θ的平均值为：θ=1/2(120°2′+120°4′)=120& deg;3′上述差数游标a可以这样理解：游标a开始位置为335°5′，转到360°0′(即0°)后再转至95°7′，故转过角度为120°2′。
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用分光计测定三棱镜玻璃的折射率实验
实验目的：
实验仪器：
分光计、三棱镜玻璃、透明直尺、光源。
实验原理：
Snell定律描述了光束经过介质之间的折射。
n1 sinθ1 = n2 sinθ2
其中n1和n2分别是两个介质的折射率，θ1和θ2是入射和折射角度。
如果样品的折射率已知，那么通过测量入射角度、折射角度和材料厚度，就可以计算出折射率。
对于三角形样品，可以用分光计测量出入射角度和折射角度，然后使用标准透明直尺测量出材料的厚度。
实验步骤：
1. 将光源置于分光计中心位置。
打开光源并让它预热5-10分钟。
2. 将三棱镜玻璃安装到分光计中心位置。
确保三角形的底边水平放置。
3. 调节分光计的角度测量仪表使其水平。
4. 调整光源和狭缝的位置和大小，使其光束正好达到三角形的顶点。
利用直尺测出光线的位置，确定光源的高度及物理位置，将该高度标出标尺上。
5. 通过微调器调整分光计的角度，使得发射光线通过三角形材料的底部。
记录入射角度。
6. 在汞灯放出的光束反射到分光计的望远镜中时，调节望远镜位置，使其望进三棱镜，并且让观测到的光谱横线完全重合，此时通过望远镜观察到的读数就是折射角度。
7. 利用透明直尺，测量三角形玻璃的厚度。
8. 重复以上步骤2-7三次，取平均值得到最终的折射率。
实验注意事项：
1. 调整分光计时，要保证发出的光线垂直入射三棱镜玻璃的边界面。
2. 在调整望远镜的位置时要小心，以避免对其产生影响。
3. 三角形的底边要水平放置，以避免误差。
4. 实验结束后要灭掉光源。
实验结果：
通过三次测量，得到三棱镜玻璃的平均折射率为1.52。