王老师
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实验 调节分光计并用掠入射法测定折射率
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实验人：
⒈实验 33-1：调节分光计调节分光计并用掠入射法测定折射率.
⑴原理：①调节好分光计后,利用目镜插丝自准直法测定玻璃棱镜的顶角,然后使光线从棱镜一侧面入射,在另一侧面观察明暗分界线,根据折射定律和几何关系,有：
可以解得： ,
注意 , .
工具：分光计、三棱镜、钠光灯、毛玻璃、平面反射镜；
等.
⑵实验步骤、数据记录：
① 调节分光计：
⑴粗调：大致使望远镜水平,载物台水平,固定载物台和游标盘,固定望远镜和刻度盘.
⑵调节望远镜聚焦于无穷远：利用目镜的自准直设计.旋转目镜,直到看清准线.放上平面镜,调节载物台螺钉b3,使得能从望远镜中看到准线的像.如果看不到,可以将平面镜紧贴在镜筒前,这样像应该在标准位置.前后移动套筒,使得反射的绿十字像最清晰,锁定套筒,后面不能再动.
⑶调节望远镜光轴垂直于转轴：利用减半逐步逼近法.在视野中看到绿十字像后,将载物台旋转180 º半圈,从反光镜的另一个反射面也应能看到绿十字的像.如果看不到,用手晃一下平面镜,找到绿十字的大体位置,将起望远镜对准该位置和原位置中点处,调节载物台,是能重新看见绿十字.当正反两面都能看都绿十字后,调节螺钉b3,使得绿十字移动到原位置与mn中点处,调节望远镜俯仰,是绿十字落在mn上.转过180 º,在这样调.重复,直到正反两个方向绿十字都落在mn上.此后望远镜俯仰不能再动.
⑷调节平行光管：用已调好的望远镜校正平行光管与主轴垂直,本实验不必.
⑸调节三棱镜主截面与仪器转轴垂直：利用三棱镜三个竖直面的反射像.放上三棱镜,三棱镜重心大致位于转轴,要使是望远镜能够看到AB面的各处.使得三棱镜三边分别垂直于三个载物台高度螺钉的连线,如图,望远镜正对AB面时,只调节b1,则AC面的俯仰不会变化,只有AB面变化,使得绿十字在视野中与mn中点重合.远镜正对AC面时,只调节b3,则面AB的俯仰不会变化,只有AC面变化,再使得绿十字在视野中与mn中点重合即告完成.
②测量顶角A的补角A’:止动游标盘,以后不得再动.转动望远镜和刻度盘,与光学面AB垂直,在目镜中看到绿十字与中心刻线重合,记下两个游标读数（为避免偏心差） , (记住先读的哪个游标盘),再与光学面AC垂直,记下两个游标读数（为避免偏心差） , .注意转动过程中,若有又游标跨过360 º,则应在该 的读数加360 º.填写下表：
次数
1 41 º02’ 220 º59’ 160 º58’ 340 º59’
2 277 º00’ 96 º59’ 157 º00’ 336 º58’
3
③测量临界角 ：在AC延长线方向放上钠光灯,前置毛玻璃屏作扩展光源,在AB面上找明暗界限,要仔细,即使是暗处也有黄光,但界线还是比较明显的.使明暗交界线与目镜中心刻线重合,记下此时位置：
次数
1 11 º 47’ 191 º47’
2 307 º 28’ 127 º29’
3
④带入公式,计算.实验完成后,松开各指定螺钉.
说明：第二组数据 ,在 实验室,独立测量.因仪器不同,结果有差异可以理解.
⑶数据处理：
⒈数据处理：
,
,
,
次数1：A=60 º2’, =29 º 13’30”,
=1.5166
次数2：A=59 º59’30”, =30 º 57’30”,
=1.5403
误差分析表明,不确定度低于0.0005（介于3.0~4.2 之间）.
⑷结论汇总与讨论:
次数1： .
次数2： .
可见分光计的精度较高.
⒉实验 33-2：用最小偏向角法测定折射率.
⑴原理：①调节好分光计并测好顶角后,调节平行光管,利用入射、出射光线对称时,偏向角δ最小,因此有： .
工具：分光计、三棱镜、钠光灯、毛玻璃、平面反射镜；
Excel2003;
等.
⑵实验步骤、数据记录：
①调节平行光管：用钠光灯照明平行光管,用已经调好的望远镜对准平行光管,调节平行光管,使得望远镜中能看到狭缝清晰的像,调细狭缝,并调节狭缝严格竖直.
调节分光计的其他要求同上.
②测量顶角A的补角A’:方法同上：
次数
1
2
3
③测量最小偏向角δ：固定平行光管,放上三棱镜,转动望远镜,使得看到折射成出的双缝的像.转动三棱镜,使得偏向角减小,同时移动望远镜跟踪像,直到偏向角达到最值,记录此时出射光线方向 和出射面法线方向 ：
次数
1
2
3
④带入公式,计算.实验完成后,松开各指定螺钉.
说明数据测量时间2008年9月日,在山东省实验中学实验室,独立测量.
⑶数据处理：
⒈数据处理：
,
,
,
A=59 º59’30”, γ=,
=
⑷结论汇总与讨论:
.
⒊实验 33-3：用钠光灯测量投射光栅的光栅常量并测量激光器波长和绿色镜透射波长.
⑴原理：①光栅衍射第k级明纹满足条件： ,其中光栅常量 ,N为每毫米的栅纹数.
工具：分光计、透射光栅、钠光灯、毛玻璃、平面反射镜、待测滤光镜、激光器；
Excel2003;
等.
⑵实验步骤、数据记录：
①调节光栅：用钠光灯照明调好的平行光管,使在对侧望远镜中可见光狭缝的像在正中央.放入光栅,用非单色光源照明平行光管或光栅,调节光栅,使望远镜中衍射条纹严格竖直,各级条纹同高度,从而使光栅竖直.移去钠光灯,利用望远镜的自准法调节光栅垂直于望远镜筒,但只能转动和调节载物台,望远镜不动.
②测量钠黄光的各级衍射角,直到不可见为止.并观察现象,如是否有双线、其它颜色条纹等等：
k
0 186 º35’ 6 º35’
1 196 º46’ 16 º43’
2 207 º22’ 27 º20’
3 218 º45’ 38 º45’
-1 176 º25’ 356 º23’
-2 165 º53’ 345 º48’
-3 154 º24’ 334 º24’
-4 141 º34’ 321 º35’
现象：钠黄光双线非常清晰.有红色和绿色干扰谱线,强度很低.没有发现缺级.
③测量半导体激光器各级衍射角：用激光器入射光栅,测量各级衍射条纹.为避免激光伤害眼睛,可以衍射光点能从望远镜中出射为标准：
k
0 333 º4’ 153º2’
-1 322 º8’ 142 º9’
-2 309 º37’ 129 º37’
-3 296 º59’ 117 º0’
-4 282 º25’ 102 º26’
-5 258 º43’ 78 º43’
1 344 º4’ 164 º3’
2 355 º0’ 175 º1’
3 7 º58’ 187 º58’
4 22 º32’ 202 º32’
5 45 º39’ 225 º37’
④依次把各个滤光片粘在平行光管进光口处,白光照明,记录 级中央衍射条纹角度,大致记录条纹宽度.为节约时间,只读一个游标的读数（因为要做差）.
= .
编号 颜色
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
⑶数据处理：
⒈数据处理：
② , 应带入 后的弧度值. 为零级条纹角度.
.
k α/rad d/nm N
-4 -0.78554 3333.099 300.021
-3 -0.56171 3319.189 301.2784
-2 -0.36458 3327.921 300.4879
-1 -0.17773 3333.174 300.0143
0 0 #DIV/0! #DIV/0!
1 0.177296 3341.291 299.2855
2 0.362447 3324.092 300.8341
3 0.561414 3320.724 301.1391
平均 3328.499 300.4372
σ 2.982234 0.268983
.
③ , .
k α/rad d/nm
-5 -1.29736 640.9684
-4 -0.88357 643.2411
-3 -0.62934 653.0611
-2 -0.40899 661.8417
-1 -0.19039 629.8794
0 0 #DIV/0!
1 0.192132 635.5828
2 0.383245 622.3165
3 0.609411 635.0603
4 0.863647 632.5954
5 1.266818 635.1797
平均 638.9726
σ 3.629579
.
④ , , .
编号 颜色
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
⑷结论汇总与讨论:
光栅常量 .这一结果相当精确.
激光器波长 .该结果不太精确是由测量时的读数方法决定的.
滤光片透光波长：
编号 颜色 /nm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
⑸经验:
①平行光管、光栅一经调好,不要再动；
（完）
附录Ⅰ 分光计的示意图
附录Ⅱ 类似原理：阿贝折射仪
,
如果棱镜角 ,则上式简化为 .
上方辅助棱镜的作用是提供掠入射光.
