教学章节：实验24用分光计测定三棱镜的折射率

教学章节：实验24用分光计测定三棱镜的折射率

1.教学章节：实验24用分光计测定三棱镜的折射率 篇一

【实验目的】

利用分光计测定玻璃三棱镜的折射率；

【实验仪器】

分光计，玻璃三棱镜，钠光灯。

【实验原理】

最小偏向角法是测定三棱镜折射率的基本方法之一，如图10所示，三角形 abc 表示玻璃三棱镜的横截面，ab和

ac是透光的光学表面，又称折射面，其夹角a称为三棱镜的顶角；bc 为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。假设某一波长的光线 ld 入射到棱镜的 ab 面上，经过两次折射后沿 er 方向射出，则入射线 ld 与出射线 er 的夹角

称为偏向角。

图10

三棱镜的折射

由图10中的几何关系，可得偏向角

(3)

因为顶角a满足，则

(4)

对于给定的三棱镜来说，角a是固定的，随

和

而变化。其中

与、、依次相关，因此

实际上是的函数，偏向角

也就仅随

而变化。在实验中可观察到，当

变化时，偏向角

有一极小值，称为最小偏向角。理论上可以证明，当

时，具有最小值。显然这时入射光和出射光的方向相对于三棱镜是对称的，如图11所示。

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图1

1最小偏向角

若用

表示最小偏向角，将

代入(4)式

得

（5）

或

（6）

因为，所以，又因为，则

（7）

根据折射定律

得，（8）

将式（6）、（7）代入式（8）得：

（9）

由式（9）可知，只要测出入射光线的最小偏向角

及三棱镜的顶角，即可求出该三棱镜对该波长入射光的折射率n

.【实验内容与步骤】

1．调节分光计

按实验24一1中的要求与步骤调整好分光计。

2．调整平行光管

(1)去掉双面反射镜，打开钠光灯光源。

(2)打开狭缝，松开狭缝锁紧螺丝3。从望远镜中观察，同时前后移动狭缝装置2，直至狭缝成像清晰为止。然后调整狭缝宽度为1毫米左右（用狭缝宽度调节手轮 1 调节）。

(3)调节平行光管的倾斜度。将狭缝转至水平，调节平行光管光轴仰角调节螺丝29，使狭缝像与望远镜分划板的中心横线重合。然后将狭缝转至竖直方向，使之与分划板十字刻度线的竖线重合，并无视差。最后锁紧狭缝装置锁紧螺丝3。此时平行光管出射平行光，并且平行光管光轴与望远镜光轴重合。至此分光计调整完毕。

3．测三棱镜的折射率

(1)将三棱镜置于载物台上，并使玻璃三棱镜折射面的法线与平行光管轴线夹角约为 60度。

(2)观察偏向角的变化。用光源照亮狭缝，根据折射定律判断折射光的出射方向。先用眼睛（不在望远镜内）在此方向观察，可看到几条平行的彩色谱线，然后慢慢转动载物台，同时注意谱线的移动情况，观察偏向角的变化。顺着偏向角减小的方向，缓慢转动载物台，使偏向角继续减小，直至看到谱线移至某一位置后将反向移动。这说明偏向角存在一个最小值（逆转点）。谱线移动方向发生逆转时的偏向角就是最小偏向角。

按

计算最小偏向角

（取绝对值）。

重复步骤 1~6，可分别测出汞灯光谱中各谱线的最小偏向角。

按式（9）计算出三棱镜对各波长谱线的折射率。计算折射率 n 的数据表格3。

【数据记录及处理】

表3

测量最小偏向角

钠光波长（å）