仿真实验报告-分光计

1大学物理仿真实验实验报告分光计土木21班2120702008崔天龙2验项目名称：分光计一、实验目的1．使学生深入了解分光计的构造和设计原理，学会调整分光计的正确方法；2．了解用最小偏向角法测棱镜材料折射率的基本原理；3．完成测量折射率实验，并正确分析实验误差。二、实验原理1．分光计的结构分光计主要由三部分：望远镜，平行光管和主体(底座、度盘和载物台)组成。附件有小灯泡、小灯泡的低压电源以及看度盘的放大镜。望远镜的目镜叫做阿贝目镜，如图1所示。2．分光计的调整原理和方法调整分光计，最后要达到下列要求：（1）平行光管发出平行光；（2）望远镜对平行光聚焦（即接收平行光）；（3）望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。分光计调整的关键是调好望远镜，其他的调整可以以望远镜为标准。在调整望远镜时，可以先将小灯泡的光引入分划板，当分划板的位置刚好在望远镜的焦平面上时，从载物台上放置的平面镜上反射回来的光正好落在分划板上形成一个清晰的十字象。利用这个原理可以将望远镜调好(出射平行光以及使望远镜的主轴与仪器主轴垂直)，当望远镜调好后就可以利用望远镜调节平行光管，此时就可以进行光线的角度的测量了。3．用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率3如下图，一束单色光以角入射到AB面上，经棱镜两次折射后，从AC面射出来，出射角为。入射光和出射光之间的夹角称为偏向角。当棱镜顶角A一定时，偏向角的大小随入射角的变化而变化。而当=时，为最小（证明略）。这时的偏向角称为最小偏向角，记为。由上图可以看出，这时设棱镜材料折射率为n，则故4由此可知，要求得棱镜材料的折射率n，必须测出其顶角A和最小偏向角。三、实验仪器图1:分光计仪器分光计是一种基本的光学测量仪器，能准确快捷地测量各种角度，该仪器配上棱镜、光栅等可用于光谱测量。配上偏振片、波片等，可作为椭偏仪使用。图2:分光计分光计中心为载物台，外围为刻度盘和游标盘，双游标的作用是为了消除刻度盘和游标盘中心不重合造成的偏心误差。5图3:调整用双平面镜图4:分光计和双平面镜图5:汞光源低压汞灯照明平行光管前端的狭缝6图6:测量汞灯绿谱线的三棱镜最小偏向角的状态图图7:监视器监视器显示的是望远镜目镜中反射回的分划板的图象四、实验内容及步骤1、调整分光计（调整方法见原理部分）2、调整三棱镜侧面垂直望远镜光轴，三棱镜光学侧面也是一个光的反射平面3、测棱镜顶角A4、用最小偏向角法测棱镜材料折射率调整望远镜对平行光聚焦7图一平行光管出平行光这是要将分划板调到物镜焦平面上。这时，当光束射到前面的平面镜上，由镜面反射回来的平行光经物镜成象在分划板上，在目镜中将看到清晰的十字窗象。调整方法：1、打开目镜照明器，将双面平面镜放到载物台上。为了便于调节，双面平面镜与载物台下三个调节螺钉的相对位置如图所示（请单击观察）。2、粗调望远镜光轴与镜面垂直——用眼睛估测一下，调节螺钉12，把望远镜调成水平，再调载物台螺钉，使镜面大致与望远镜垂直。3、观察与调节镜面反射象——旋紧螺钉16，使望远镜固定，旋松螺钉23，双手转动游标盘，于是载物台跟着一起转动。转到平面镜正好对着望远镜时（如图，请单击观察），在目镜里应看到一个绿色亮十字，随着镜面转动而动，这就是镜面反射象。如果象有些模糊，只要旋松螺钉9，沿轴向移动目镜筒，直到象清晰，再旋紧螺钉，则望远镜已对平行光聚焦。调整三棱镜侧面垂直望远镜光轴调整方法：1、调载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，使棱镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。试分析这样放置的好处。2、打开目镜照明器，遮住从平行光管来的光。在望远镜中观察从侧面反射回来的十字象，只调台下三螺钉，使其反射象都落到上十字线处。调节时，切莫动螺钉12。注意：每个螺钉的调节要轻微，要同时观察它对各侧面反射象的影响。调好的棱镜，其位置不能再动。测棱镜顶角A测量方法：对两游标作一适当标记，分别称为游标1和游标2，切勿记颠倒。旋紧刻度盘下螺钉16、17，望远镜和刻度盘固定不动。转动游标盘，使棱镜一面对正望远镜记下游标1的读数和游标2的读数。转动游标盘，再使另一面面对正望远镜，记下游标1的读数和游标2的读数。同一游标两次读数之差|－|或|－|，就是载物台转过的角度，而是A角的补角。重复测量三次，数据填入实验报告中的表格。8图二ab面重合图三bc面重合三棱镜最小偏向角测量方法1、平行光管狭缝对准前方汞灯光源。2、旋松望远镜止动螺钉16和游标盘止动螺钉23，把载物台及望远镜转至如图所示（请单击观察）位置，再左右微微转动望远镜，找出棱镜出射的各种颜色汞光谱线（各种波长的狭缝象）。3、轻轻转动载物台（改变入射角），在望远镜中将看到谱线跟着动。改变入射角应使谱线往减少的方向移动（向顶角A的方向移动）。望远镜要跟踪光谱线转动，直到棱镜继续转动，而谱线开始要反向移动（即偏向角反而变大）为止。这个反向移动的转折位置，就是光线以最小偏向角射出的方向。固定载物台（锁紧螺钉23），再使望远镜微动，使其分划板上的中心竖线对准其中那条绿谱线（546.1nm）。94、测量记下此时两游标处的读数和。取下三棱镜（载物台保持不动），锁紧转座与度盘止动螺钉（请单击载物台窗口的“调节设置”按钮，然后在弹出的对话框内设置），这样转动望远镜时刻度盘也随之同步转动。转动望远镜对准平行光管以确定入射光方向（不能动螺钉13和14，为什么？），再记下两游标处的读数和。此时绿谱线的最小偏向角，将和A角的值代入公式1，计算n。图四最小偏向角五、实验数据记录与处理测棱镜顶角A数据记录表棱镜面一棱镜面二差值所测棱镜顶角平均值第一组游标一295º30′175º28′120º2′59º58′60º2′游标二115º30′355º28′120º2′第二组游标一184º303º54′119º54′60º6′游标二4º123º54′119º54′第三组游标一63º8′183º8′120º0′60º0′游标二243º8′3º8′240º0′三棱镜最小偏向角测量白光差值最小偏向角折射率黄光游标一125º18′166º57′41º39′41º39′1.543游标二305º19′346º57′41º38′绿游标一125º8′166º57′41º49′41º48′1.544游标二305º10′346º57′41º47′蓝游标一124º20′166º57′42º37′42º36′1.558游标二304º22′346º57′42º35′紫游标一124º0′166º57′42º57′42º57′1.561游标二304º0′346º57′42º57′六、思考题101．调节分光计时所使用的双平面反射镜起了什麽作用？能否用三棱镜代替平面镜来调整望远镜？答:双面平面镜的作用是:调节时,平面镜在载物台上任意放置,只有当平面镜两个面的反射十字亮斑都与分划板的上十字重合才能说明载物台水平。可以用三棱镜代替。2．如果调节时从望远镜中观察到平面镜的两个反射象如图所示，怎样调节能最快的将十字叉丝象与上十字线重合？写出调节步骤。答:用半调法调节:先对准其中一个面,调节望远镜下面的垂直仰角调节螺钉使反射亮斑上升到与上十字横线垂直距离的一半,再调靠近望远镜的载物台水平螺钉使反射亮斑上升到与上十字横线重合;然后转动载物台对准另一个面,进行相应的调节,反复2~3次,直到两个面的反射亮斑都与上十字重合。3．讨论本实验的系统误差，根据系统误差决定折射率n的有效数字应取几位。答:n的有效数字应该取四位有效数字。