大学物理实验分光计后习题解答

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大学物理实验系列——分光计的调整与使用参考答案之欧阳文创编

用望远镜筒倾角调平螺钉和载物台调平螺钉进行调节。

2.平行光管能够发出平行光，应该在望远镜中看到什么现象？如何调节？看到清晰的狭缝像。

前后移动狭缝筒。

3.调节三棱镜两个光学面的法线垂直于分光计中心轴时，三棱镜如何在载物台上摆放？说明理由。

三棱镜的摆放如右图所示，以达到调整一个光学面的法线方向时，尽量不对另一个光学面的倾斜度产生影响。

调节螺钉2，改变光学面AB的法线方向，对光学面AC的法线方向无影响；调节螺钉3，可改变光学面AC的法线方向而不会对光学面AB的倾斜度产生影响。

大学物理练习题答案1-实验报告模版(以分光计为例)

20XX年复习资料大学复习资料专业：班级：科目老师：日期：20XXXX级实验成绩评定及预习报告模版（以分光计为例）预习要求：课前根据实验预习要点做好预习，按指定要求完成预习报告。

上课时待实验指导教师检查完毕后方可做实验。

实验报告模版的制定便于学生有针对性的预习实验，明确实验目的，了解实验原理，知晓实验要完成的主要内容。

实验预习成绩应占实验成绩的20XXXX%--20XX%，未按要求完成或未写未带的，预习成绩扣分5-20XXXX分。

预习报告要求：至少将实验目的、实验仪器、实验原理写在实验报告内，上该实验课时带过来供老师检查。

实验课堂要求：1、签到后对号入座，将预习报告和有效证件放在桌面上以便老师检查核实。

2、指导教师课堂讲解实验原理、仪器使用、实验操作及测量要求完毕后，同学们按照实验要求认真做实验，有问题要举手示意。

3、实验完毕后，仪器要处于待测状态并举手示意指导老师检查实验操作、核实实验数据，教师在原始记录纸上签字后，方可整理实验仪器并离开实验室。

严肃纪律，杜绝替做及抄袭现象出现，一经发现严惩并通报批评。

替做同学与被替同学本学期实验成绩不及格，抄袭数据者本实验最高45分。

课后实验报告要求：实验课后，在预习报告的基础上完成该实验的实验报告，要完成实验内容（或步骤）、原始数据表格（整理在报告内）、数据处理、思考题等，实验要求作图的，要在作图纸上完成。

完成实验报告后，要将实验记录纸和实验报告放在一起，并在课后一周内交到实验指导教师报告箱（理学院二楼南）。

注意：原始数据记录纸是上课时老师发的用来记录测量数据的记录纸，上面除了有学生个人实验信息、原始数据以及教师签字外，不要在上面乱涂乱画，更不要在里面进行数据处理。

实验8 分光计调节与棱镜材料折射率测量预习要点（该部分不用写在报告里，仅供大家预习参考）（1）结合分光计结构示意图4.20XXXX.1，找到20XXXX号、20XXXX号、20XXXX号三颗螺钉，并熟悉它们的作用和使用方法；（2）如何在刻度盘和游标盘上读取数据（见图4.20XXXX.4刻度盘与读数盘）？引起偏心差的原因是什么？怎么消除偏心差？（3）望远镜光轴与分光计主轴是否垂直的判断标准是什么？为什么要用各半调节方法？如何调节？实验报告分光计是一种精确测量光线偏转角度(如反射角、折射角、偏向角、衍射角等)的光学仪器。

分光计实验预习考查题及答案

分光计实验预习考查题及答案1.分光计的用途是什么?答：分光计是用来精确测量光线方位及其夹角的一种仪器。

2.怎样保证准确测量入射光与出射光之间的偏转角?答：必须满足两个条件：(1)入射光与出射光均为平行光束；(2)入射光和出射光的方向以及反射面或折射面的法线都与分光计的刻度盘平行。

3.分光计的主要结构是什么？答：分光计装有能产生平行光的平行光管，能接受平行光的望远镜，以及能承载光学元件的小平台；还配有可与望远镜连结在一起的刻度盘。

4.望远镜的结构是什么？答：望远镜由物镜、叉丝分划板和目镜组成。

5.平行光管的结构是什么？答：平行光管由狭缝和透镜组成。

6.怎样消除刻度盘的偏心差？答：采用两个相差180°的窗口读数。

7.刻度盘的分度值以及游标分度值各是多少？答：刻度盘的分度值为0.5 度；游标分度值为 1 分。

8.何为偏向角？答：三棱镜的入射光和出射光的夹角称为偏向角。

9.何为最小偏向角？答：当入射角i 等于出射角i＇时，入射光和出射光之间的夹角最小，称之为最小偏向角。

10.计算三棱镜玻璃折射率需要测出什么量？答：需要测出三棱镜顶角和某一单色光的最小偏向角，就可以计算出三棱镜玻璃对该波长的单色光的折射率。

11.计算三棱镜玻璃折射率的公式表达式是什么？公式中各符号的物理意义？答：公式为n=sin A+δ2sin A2; 其中A为三棱镜顶角，为最小偏向角。

12.何为色散？答：光学材料的折射率n 随波长λ而变化的现象称为色散。

13.何为色散曲线？答：对一种玻璃材料所作出的折射率和波长的关系曲线称为它的色散曲线。

14.通常（对于正常色散材料）红光与紫光哪个偏折大？答：对于一般的透明材料来说折射率随波长的减小而增大；如紫光波长短，折射率大，紫光线偏折也大；而红光波长长，折射率小，光线偏折小。

15.一般采用什么参数表示玻璃材料色散程度？答：用平均色散或色散本领来表示某种玻璃材料色散的程度。

16.本次实验的主要仪器有哪些？答：有分光计，平面反射镜，玻璃三棱镜，氦光谱管及其电源。

大学物理实验系列分光计的调整与使用参考答案

大学物理实验系列分光计的调整与使用参考答案 LELE was finally revised on the morning of December 16, 2020用分光计测量三棱镜折射率实验数据处理1.顶角及不确定度)(A u 的计算(1)自准法: )(2118021210右右左左θθθθ-+--=A ， θθθ∆==⨯=)()()21(4)(22u u A u (2)反射法： )(412121右右左左θθθθ-+-=A 2.最小偏向角及最小偏向角的不确定度的计算（1）最小偏向角min δ的计算公式：)(412121min 右右左左θθθθδ-+-= （2）最小偏向角min δ的不确定度计算公式：θθθδ∆==⨯=21)(21)()41(4)(22min u u u 仪器误差Δθ = 2′= ×10-4(rad)u (A ) = 2′= ×10-4(rad) u (δmin ) = 1′= ×10-4(rad)A = ° ′±2′ δmin = ° ′±1′3.折射率n 以及折射率的不确定度)(n u 的计算(1)折射率的计算公式 A A n 21sin )(21sin min +=δ (2)折射率的不确定度计算公式)(2)(222)(min 2min 222min δδδu A ctg A u A ctg A ctg n n u ++⎪⎭⎫ ⎝⎛+-= )(2sin 2cos 21)(2sin 2sin 2cos 212cos 2sin 21min 22min 222min min δ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛δ++⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛δ+-δ+=u A A A u A A A A A )()21sin(2)(21cos )()21(sin 2)21sin(min 22min 222min δδδu A A A u A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=22min 222min )21()21sin(2)(21cos )()21(sin 2)21sin(θδθδ∆⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++∆⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=A A A 式中的角度的不确定度应取弧度为单位 n ±u (n ) = ±思考题及参考答案1.望远镜光轴与分光计的中心轴相垂直，应该在望远镜中看到什么现象利用哪些螺钉调节光学平行平板或三棱镜两个光学面反射的十字像，都能与望远镜分划板叉丝刻线上交点重合。

【大学物理实验(含数据+思考题)】分光计的调整与使用实验报告

实验3.9 分光计的调整与使用一、实验目的（1）了解分光计的构造、作用和工作原理。

（2）掌握分光计的调整和使用方法。

（3）用分光计测棱镜的折射率。

二、实验仪器分光计、三棱镜、反射镜、汞灯三、实验原理1.测角原理测量光线之间的夹角，实质是测定平行光束的方位角。

如图3.9-6所示，A、B为平行光束在望远镜焦平面上的会聚像点。

焦平面上的每个点都与从一定方向入射的平行光束相对应。

如果望远镜光轴绕垂直于光束1和2的转轴转动，光轴由平行于光束1的方位(光轴上的会聚像点为A)转到平行于光束2的方位(光轴上的会聚像点为B)，则光轴所转过的角度即平行光束1与2之间的夹角θ。

图3.9-6测角原理2.用最小偏向角法测三棱镜折射率 n的原理如图3.9-7所示，单色光PM以入射角α1投射到三棱镜的AB面，经两次折射后,以α2′角从AC面射出。

入射光束与折射光束的夹角 θ称为偏向角。

显然θ=(α1−α1′)+(α2′−α2)=α1+α2′−φ式中φ为棱镜的顶角。

图3.9-7 最小偏向角法测三棱镜折射率原理对于给定的棱镜，其顶角φ和折射率n都是已定的。

从上式可见，偏向角θ是α1的函数。

可以证明，当a1=α2′，α1′=α2，即MM′∕∕BC(磨砂面)时，此时θ值最小，称为最小偏向角，用θ0表示。

此时有α1′=φ2，a1=φ+θ02。

则折射率为n=sin12(φ+θ0)sin12φ实验时只要测出最小偏向角θ0便可由上式计算出棱镜的折射率n。

四、实验内容及步骤1．调节分光计(1)目测粗调。

目测粗调就是直接用眼睛观察进行调节。

调节望远镜倾斜度调节螺钉和平行光管倾斜度调节螺钉使望远镜和平行光管平行于刻度盘；调节载物台倾斜度调节螺钉使载物台平行于刻度盘。

(2)细调的要求和步骤：①调节目镜至能清晰看到分划板的准线。

接上小灯泡电源，打开开关，观察视场下半区是否有绿色光区。

若有，则缓慢转动目镜调焦手轮直到能够清晰看到准线和绿色光区中的绿色“十”字，如图3.9-8所示。

大学物理光学实验思考题答案

实验一：1：何谓自准法（平面镜法）？并画出其光路图？答：课本平P150倒数第二段。

光路图，图4-42．利用自准法，调节望远镜光轴与分光计转轴垂直，此时从望远镜内看到叉丝和叉丝像分别在什么位置，请画出图形。

同课后思考题一。

答：与上方叉丝重合，原因是凸透镜成像原理和镜面反射原理。

图见课本P157图4-123．实验过程中,三棱镜在载物台上的放置有何要求?调节载物台螺丝是应注意哪些问题?画图说明。

答：分光计要作精密测量,它必须首先满足下述两个要求:①入射光和出射光应当是平行光;②入射光和出射光的方向以及反射面和出射面的法线都与分光计的刻度盘平行.图见课本的P157图4-13实验二：1：何为等厚干涉？牛顿环属于薄膜干涉，在牛顿环中薄膜在什么位置。

答：课本P177. 牛顿环中薄膜是指在平凸透镜和平板玻璃之间的空气薄膜。

2．测量时,若实际测量的是弦长,而不是牛顿环的直径,则对测量结果有何影响?为什么? 答：没有影响。

由于弦到圆心的距离都相等，由勾股定理知，测量直径和测量弦长实际上没有区别，事实上我们测量时也没有办法做到严格沿直径测量。

3．通过测量计算透镜的曲率半径R时，为什么不用（3）式而用（5）式。

答：因为平凸透镜与平面镜由于机械压力引起形变，使得牛顿环中心不是一个点而是一个小圆斑，所以难以确定环的几何中心及条纹级次。

实验三：1：何谓非定域干涉？答：当两个具有同频率，同振动方向，强度相差不大的两个光源发出的球面波在他们相遇的空间处处相干，这种干涉现象为非定域干涉。

2．分光板和补偿板的作用是什么？答：迈克耳孙干涉仪中分光玻璃板作用：产生两个具有同频率，同振动方向，初相相同，强度相差不大的两个光源。

迈克耳孙干涉仪中补偿玻璃板有两种作用，其一是补偿分光板因色散而产生的附加程差，为获得白光干涉条纹所必须；其二是补偿相同入射角不同入射面光线所产生的附加光程差，为获得同心圆形的等倾条纹所必须。

3．牛顿环和迈克尔逊干涉实验中观察到的都是圆形干涉条纹，他们意义的区别？答：实验四：1：为什么选择（b）状态（全暗状态）为仪器零点?此时偏振化方向有何特点？答：当检偏器的偏振化方向与角平分线相垂直时，视场曾现均匀暗的图像。

大学物理实验系列——分光计的调整与使用参考答案

用分光计测量三棱镜折射率实验数据处理1.顶角及不确定度)(A u 的计算(1)自准法: )(2118021210右右左左θθθθ-+--=A ， θθθ∆==⨯=)()()21(4)(22u u A u (2)反射法： )(412121右右左左θθθθ-+-=A 2.最小偏向角及最小偏向角的不确定度的计算（1）最小偏向角min δ的计算公式：)(412121min 右右左左θθθθδ-+-= （2）最小偏向角min δ的不确定度计算公式： θθθδ∆==⨯=21)(21)()41(4)(22min u u u 仪器误差Δθ = 2′= ×10-4(rad) u (A ) = 2′= ×10-4(rad) u (δmin ) = 1′= ×10-4(rad)A = ° ′±2′ δmin = ° ′±1′3.折射率n 以及折射率的不确定度)(n u 的计算(1)折射率的计算公式 A A n 21sin )(21sin min +=δ (2)折射率的不确定度计算公式)(2)(222)(min 2min 222min δδδu A ctg A u A ctg A ctg n n u ++⎪⎭⎫ ⎝⎛+-= )(2sin 2cos 21)(2sin 2sin 2cos 212cos 2sin 21min 22min 222min min δ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛δ++⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛δ+-δ+=u A A A u A A A A A )()21sin(2)(21cos )()21(sin 2)21sin(min 22min 222min δδδu A A A u A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡= 22min 222min )21()21sin(2)(21cos )()21(sin 2)21sin(θδθδ∆⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++∆⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=A A A式中的角度的不确定度应取弧度为单位n±u (n)= ±思考题及参考答案1.望远镜光轴与分光计的中心轴相垂直，应该在望远镜中看到什么现象利用哪些螺钉调节光学平行平板或三棱镜两个光学面反射的十字像，都能与望远镜分划板叉丝刻线上交点重合。

大学物理实验复习习题及答案解析

分光计的调整与使用1．本实验所用分光计测量角度的精度是多少？仪器为什么设两个游标？如何测量望远镜转过的角度？提示：本实验所用分光计测量角度的精度是：'1提示：刻度盘绕中心轴转动，因工艺的原因，中心轴不可能正好在盘的中心，因此转动测量时会产生一个所谓的偏心差，在盘的一直径两端对称设置两个游标，读数求平均即可消除偏心差。

见图。

D C CD B A AB ''==''+)(212．假设平面镜反射面已经和转轴平行，而望远镜光轴和仪器转轴成一定角度β，则反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试画出光路图。

提示：反射的小十字像和平面镜转过180o 后反射的小十字像的位置不变，此时应该调节望远镜仰角螺钉，使十字反射像落在上十字叉线的横线上。

光路图如下3．假设望远镜光轴已垂直于仪器转轴，而平面镜反射面和仪器转轴成一角度β，则反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试画出光路图。

提示：反射的小十字像和平面镜转过180o 后反射的小十字像的位置是一上一下，此时应该载物台下螺钉，直到两镜面反射的十字像等高，才表明载物台已调好。

光路图如下：图3望远镜光轴未与中心轴垂直的表现4.对分光计的调节要求是什么？如何判断调节达到要求？怎样才能调节好？提示：（1）对分光计调整的要求：①望远镜、平行光管的光轴均垂直于仪器中心转轴；②望远镜对平行光聚焦（即望远调焦于无穷远）；③平行光管出射平行光；（2）各部分调节好的判断标志①望远镜对平行光聚焦的判定标志——从望远镜中同时看到分划板上的黑十字准线和绿色反射十字像最清晰且无视差。

（用自准直光路，调节望远镜的目镜和物镜聚焦）②望远镜光轴与分光计中心转轴垂直的判定标志——放在载物台上的双面反射镜转180o前后，两反射绿色十字像均与分划板上方黑十字线重合。

（用自准直光路和各半调节法调整）③平行光管出射平行光的判定标志——在望远镜调节好基础上，调节平行光管聚焦，使从调好的望远镜看到狭缝亮线像最清晰且与分划板上的黑十字线之间无视差。

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大学物理实验分光计的使用习题解答
实验十二分光计的调整与使用
【预习思考题】
1. 分光计由哪几部分组成，各部分的作用是什么？
答：分光计由平行光管、望远镜、载物台和读数装置四部分组成。

（1）平行光管用来提供平行入射光。

(2) 望远镜用来观察和确定光束的行进方向。

(3) 载物台用来放置光学元件。

(4) 读数装置用来测量望远镜转动的角度。

2. 调节望远镜光轴垂直于仪器中心轴的标志是什么？
答：通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“”形叉丝的上十字重合。

3. “+”字像、狭缝像不清晰分别如何调整？
答：（1）“+”字像不清晰说明分划板没有位于物镜的焦平面上，应松开目镜紧锁螺钉，前后伸缩叉丝分划板套筒，使“+”字像清晰并做到当眼睛左右移动时，“+”字像与叉丝分划板无相对移动，然后锁紧目镜紧锁螺钉。

（2）狭缝像不清晰说明狭缝没有位于平行光管准直透镜的焦平面上，应松开狭缝紧锁螺钉，前后伸缩狭缝套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中清晰地看到边缘锐利的狭缝像时，然后锁紧狭缝紧锁螺钉。

【分析讨论题】
1. 当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于“”形叉丝的上十字上下对称位置时，说明望远镜和载物台哪部分没调好？当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于叉丝分划板同一水平位置时，说明望远镜和载物台哪部分没调好？应怎样调节？
答：（1）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于“”形叉丝的上十字上下对称位置时，说明载物台没调好，望远镜已水平。

应调载物台下调平螺钉b或c，使双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“”形叉丝的上十字重合。

（2）当通过目镜观察到双面镜正反两面反射回来的“+”字像处于叉丝分划板同一水平位置时，说明望远镜不水平，双面镜镜面法线已水平。

应调节望远镜倾角螺钉，使双面镜正反两面反射回来的“+”字像都与分划板上“”形叉丝的上十字重合。

2. 如何用反射法（一束平行光由三棱镜的顶角入射，在两光学面上分成两束平行光）测三棱镜的顶角？
解：如图所示，由平行光管射出的平行光束照射在三棱镜顶角上，分别射向
三棱镜的两个光学面AB和AC，并分别被反射。

由反射定律和几何关系可证明反
射光线1、2的夹角ϕ与棱镜顶角α关系为α
ϕ2
=
先使望远镜接收光线1，记下两个角游标的读数和，然后，再转动望远
镜使望远镜接收光线2，记下两个角标读数和，两次读数相减即得，故
反射法光路图。