大学物理实验-测量双棱镜的锐角及折射率.pdf

实验题目实验题目 测量双棱镜的锐角及折射率测量双棱镜的锐角及折射率一、实验目的1.学习分光计的调节和使用方法2.学会用自准法测量双棱镜的锐角及其折射率3.学会分析实验中出现的干扰的原因，并排除干扰4.学会独立设计实验方法及步骤二、实验原理1.双棱镜锐角的测量如图 1-1 所示，有两束光 1，2 分别从 A，B 面和 B，C 面垂直入射，有光的反射定律可知：1，2 的反射光与入射光重合是即可保证光线1，2 与 AB，BC 面垂直，由双棱镜的光路图可求得被测锐角B与1相等，其中1为光线 1 和 2 夹角的补角，设光线 1 所在位置两游标的读数为1和2，光线 2 所在位置两游标读数为1和2，则有双棱镜的锐角2.干扰像分析及排除由于双棱镜的锐角非常小，从而使得顶角几乎接近 180，故如图 1-2 和图 1-3，当光线从AB 面或 BC 面入射时，各面的放射光都会呈现在望远镜的视野中。先分析图 1-2，当望远镜对着 AB 面时，望远镜视野中将出现3 个像 1，2，3，它们分别是光线1，2，3 在 AB，AC，BC 面的放射光，故自准AB 面时，只需找到有三个像的面且对着中间的像测量即可。对图 1-3，当望远镜对着 BC 面时，视野中将出现 4 个像 1，1，2，2，它们分别是光线1，2 在 BC，AB，AC，AB 面的反射光，故用自准法测量 BC 面时，其反射光在视野中的最右边，即测 BC 面时，只需对着 4 个像一侧的最右边的像测量即可排除干扰3.双棱镜折射率的测量如图 1-4 所示，光线1 和 2 分别从 AB 面以不同的角度入射，其中光线1 与 AB 面垂直，其所在位置与自准时相同，而光线 2 则是以3角入射，其折射光线恰好与 BC 面垂直，从而其反射光原路返回，与光线 2 重合，其折射角2，有几何知识可知2和1相等，也和双棱镜的锐角B 相等，故只需求出3即可，而3为光线 1 和 2 的夹角，自准 AB 面时测得光线 1 的位置为1和2，设光线 2 的位置为1和2,故有所以双棱镜的折射率为又由于双棱镜的顶角很大，锐角很小，故测得的3和2都很小，故双棱镜的折射率可近似为：三、实验仪器分光计、双面反射镜、双棱镜四、实验内容和步骤1.分光计的调节望远镜聚焦无穷远：打开分光计内部小电珠电源开关，将双面反射镜放在载物台上，上下调节载物台的高度，使反射镜与望远镜光轴基本重合，锁定望远镜，使其不能转动，然后转动载物台，使望远镜视野中出现绿色“十”字，然后调节望远镜的目镜与物镜的距离，看到绿“十”字最清晰为止，然后调节目镜手轮，使分划板上的叉丝清晰，至此望远镜已经聚焦无穷远。使望远镜光轴与中心轴垂直：调节望远镜俯仰调节螺钉，使绿“十”字与分划板上方的叉丝重合，然后旋转载物台180，此时视野中将有绿“十”字出现，调节俯仰螺钉，使绿“十”靠近分划板上方叉丝，然后调节载物台水平调节螺钉中的两个，使绿“十”字与上方叉丝重合，在将载物台旋转 180，重复上面方法，知道每次将载物台旋转180后绿“十”字都与上方叉丝重合为止。2.测量双棱镜的锐角和折射率将调好的分光计上的双面反射镜取下，换上双棱镜，调节载物台高度，使双棱镜高度和望远镜高度一致，旋转载物台，当视野中出现三个绿“十”字时，对着中间的绿“十”字，记下两游标读数1和2，对着最右边的绿“十”字，记下两游标读数1和2。旋转载物台，使视野中出现 4 个绿“十”字，对着最右边的绿“十”字，然后记下两游标读数1和2。重复以上步骤六次，测得六组数据，分别求其平均值。则双棱镜的锐角为折射率为五、实验数据与处理数据记录测量序号123456平均值游标1 的读数游标2 的读数1和2为四个像侧的最右边那个像的读数，1和2为三个像侧的中间那个像的读数，注意：1和2为三个像侧最右边那个像的读数