光学测角仪的调整与使用

光学测角仪的调整与使用姓名：王航班级：F0703028学号：5070309025同组姓名：指导教师：助教06实验日期：2008.5.2618:00【实验目的】1.了解光学测角仪的主要构造，正确掌握调整光学测角仪的要求和方法；2.测定三棱镜的顶角，观察三棱镜对汞灯的色散现象；3.测定玻璃三棱镜对各单色光的折射率【实验原理】1．三棱镜顶角的测量（1）自准法测量三棱镜的顶角图二自准法测三棱镜顶角图2是自准法测量三棱镜顶角的示意图．利用望远镜自身产生平行光，固定平台（或固定望远镜），转动望远镜光轴（或转动小平台），先使棱镜AB面反射的十字像落在分划板上“╪”准线上部的交点上（即望远镜光轴与三棱镜AB面垂直），记下刻度盘对称游标的方位角读数1、2．然后再转动望远镜（或小平台）使AC面反射的十字像与“╪”准线的上交点重合（即望远镜光轴与AC面垂直），记下读数1′和2′（注意1与1′为同一游标上读得的望远镜方位角，而2与2′则为另一游标上读得的方位角），两次读数相减即得顶角的补角．180°－，可以证明()()（1）（2）反射法测量三棱镜的顶角图3为反射法测量三棱镜顶角的示意图．将三棱镜放在载物台上，使平行光管射出的光束投射到棱镜的两个折射面上，从棱镜左面反射的光可将望远镜转至Ⅰ处观察，使用望远镜微调螺丝，使“╪”准线的中心垂直线对准反射狭缝像，从两个游标读出方位角读数1和2，再将望远镜转至Ⅱ处观测从棱镜左面反射的狭缝像，又可分别读得方位角读数1′和2′．由图3可知，三棱镜的顶角()（2）图三反射法测三棱镜顶角2．由各单色光的最小偏向角求折射率：通过光的反射定律和折射定律可以求得折射率n()（3）式中i1，i2，min分别为某一单色光的入射角、折射角和最小偏向角，则为三棱镜的顶角．【实验数据记录、实验结果计算】1.用反射法测量三棱镜的顶角调整好仪器后按照试验要求测量数据，所得结果如下123456135°02′135°00′135°01′134°57′134°58′135°05′315°02′315°01′315°02′315°05′315°03′315°04′′15°01′15°00′14°58′15°01′15°03′15°10′′195°00′194°58′195°02′195°03′195°01′195°02′算得的顶角值60°0’45”60°0’45”60°0’45”59°59’30”59°59’15”59°59’15”于是可得平均值：̅60°08由贝塞尔公式求出ΔA47ΔB1′合成不确定度为u=√ΔAΔB=1’16’’相对不确定度为ur0.4%最后得{60°08±1′16′′u2.1%2、测量汞灯各单色光的最小偏向角δm[(0)(0)]/2以下是对绿光的测量角度绿光狭缝算得的δm1323°59′15°10′50°42′’144°57′195°9′253°12′104°35′51°28′’233°11′284°34′397°29′148°34′51°14′’277°27′328°51′于是可得平均值：δm51°8′σa24′σb1′最后得δm51°8±24′=51°8（1±0.78%）由公式得绿1.65±0.02=1.65（1±1.2%）该结果与玻璃对绿光的折射率1.51比较接近,实验误差在可以接受的范围内。【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】一、误差分析1、用反射法测量顶角中，我们需要将三棱镜的顶角定位于载物平台的中心，但是试验的器材上并没有准确地将这个中心标出，这将造成一定的误差。具体的定性分析可以参考课后的思考题。2、测量时，狭缝的宽度也会对测量结果造成影响。在我此次测量中，由于我本身视力不佳，在试验中看到的狭缝总是十分模糊，这也造成了一定的影响。二、试验感想1.用反射法测量三棱镜的顶角中，σa47，σb1′。由此分析，此次试验中主要误差来源还是仪器的系统误差。2.在测量最小偏向角时，我采取了选择绿光作为测量光线，这是因为黄光实际上有两条靠得很近的谱线，并不知道那条是准确的黄光；紫光的亮度太小，在实验室灯打开的情况下，很难观测到这条谱线。3.在实验中看到：波长越小的光，折射率越大，偏向角也就越大，但是变化还是不会特别大。利用这个实验和介质折射率对于光的波长的关系可以用于测量未知光的波长或频率，也是用于探索未知天体的元素的基本方法之一。【附录】思考题1.用反射法测量三棱镜顶角时，为什么必须将三棱镜顶角A置于载物台的中心附近？式作图说明之。可知如果顶角A离圆心越远，那么在盘上所读得的角度对有所偏大。所以顶角最好放在载物台中心的位置。2.作图说明，当望远镜未垂直中心轴或双面反射镜的反射面法线未垂直中心轴而进行调整时，每转双面镜180度一次，准线与十字反射像可能的相对位置及其变化规律。可以看到，当望远镜未垂直中心轴时，旋转180度后，十字的想应该在准线的同侧。由此可以看出，如果反射面法线未垂直中心轴，那么两次所得的十字像应该在准线的异侧。3.若光学测角仪测量角度的精度是1’，试导出测量顶角A，最小偏向角δm及折射率n的误差公式，并估算测定n的精度。由()()()()故有：顶角A的误差公式为：σA√(√1111)σ统计最小偏向角δm的误差公式为：σ√(√1111)δ统计折射率n的误差公式：σ√σσ其中σ|cos(Aδm)|∙σ3，σ|cosA|∙σA,σ3√(σAσ)【试验总结】这个试验可以说是我所选试验当中最难操作的一个。且不提调整光学测角仪中的艰辛，就是找到狭缝这一个简单的操作在我视力的影响下都十分困难。但是在助教、同学的帮助下我终于完成了这个试验。我想，从这个试验中我不仅仅学会了操作一种仪器或者是学会了一些原理，更重要的是我在这个试验的过程中我体会到了战胜困难，克服障碍的乐趣。这种锲而不舍的精神将在我今后的学习、工作中给我最大的帮助。最后再次感谢助教老师与和我一起做试验的同班同学们。