大学物理-实验篇（二）——用分光计测定三棱镜的折射率（光：特定频段电磁波、光线在介质界面折射、平行光与凸透镜）

最新推荐文章于 2025-05-02 18:59:49 发布

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文章标签：学习笔记大学物理实验

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本文介绍了通过预备知识如光的特定频段电磁波性质和折射定律，详细解释了如何使用分光计进行光学实验，包括实验目的、所需仪器、原理和步骤，特别是如何测量三棱镜的顶角和最小偏向角以计算其折射率，以及数据处理方法。

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目录

光：特定频段电磁波

光线在介质界面折射

平行光与凸透镜

准备分光计

刻度盘读数

测三棱镜顶角

测三棱镜最小偏向角

预备知识

光：特定频段电磁波

光速： $c=3\times10^8m/s$

关键属性：波长 $\lambda (m)$ 、频率 $f(1/s)$

$c=\lambda f$

光线在介质界面折射

折射（斯涅尔）定律 $n_1sin\theta _{in}=n_2\theta _{out}$

n1,n2为两种介质的折射率

折射率：取决于材料属性、材料状态(温度-密度)

$n(T)=n_0+\alpha (f)\cdot T$

平行光与凸透镜

凸透镜：①过焦点的光线经凸透镜后平行光轴 ②焦点处的物体成像与无穷远处

实验目的

了解光学相关概念（折射、反射、折射率等）
了解分光计：结构、部件的作用
掌握分光计的调整要求和调整方法
学会用分光计测量三棱镜的折射率
理解掌握基本的光学精密测量的方法

实验仪器

实验原理

一束平行光同时照亮三棱镜顶角两侧的两个光滑面发生反射，测定反射光线的方向 $\theta _L$ 和 $\theta _R$ ，即可计算顶角 $\theta _A$ 。

以入射光线方向为0度方向。

注意：在测量时为克服偏心差，每次读取刻度时，要记录两个刻度值。

入射光LD与出射光ER的夹角 $\delta$ 称为偏向角。当改变入射角时，偏向角也会改变，在某个入射角处，偏向角最小，称最小偏向角 $\delta _m$ 。三棱镜对入射光线的 $\delta _m$ 与其对入射光的折射率存在单值关系：

可见，通过测定棱镜顶角和某单色光在棱镜中的最小偏向角可得棱镜对该单色光的折射率。

实验步骤

准备分光计

底座：调平（中轴竖直=刻度盘水平）
平行光管：光管水平，调焦发出平行光
望远镜：等高同轴，镜管水平
载物台：调高，加水平仪调平

目镜调焦

慢慢转动目镜调焦手轮，使目镜前后伸缩，至十字刻线成像清晰即可。

刻度盘读数

测三棱镜顶角

三棱镜顶角针对平行光管
转动望远镜寻找狭缝像
记录位置I、Ⅱ的角度
重复3次测量记录

测三棱镜最小偏向角

固定平行光管
放置三棱镜，平行光直射
寻找出射光线角度，计算夹角
寻找最小夹角
转动三棱镜
重复3次测量记录

a.移动望远镜，使之能在视场中能看到狭缝像。

b.移动载物台，找到狭缝像的转折点（偏向角不再减小，反而增大的位置）。

c.移动望远镜，使竖直瞄准线与狭缝像的转折点处重合。

d.分别从两游标读数。记为 $\theta _{1}$ 左和 $\theta _{1}$ 右。

e.拿掉三棱镜，测量黄光谱线，读得 $\theta _2$ 左和 $\theta _2$ 右

数据处理

1.棱柱顶角测量

2. 三棱柱最小偏向角测量

END

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