掠入射法测量三棱镜的折射率.doc

掠入射法测量三棱镜的折射率 掠入射法测量三棱镜的折射率 实验目的: 1(温习分光仪的结构，并掌握分光仪调节和使用方法 2. 学习用掠入射法测定三棱镜的折射率 实验仪器 分光仪，钠光灯，毛玻璃，三棱镜 实验原理 掠入射法属于比较测量，虽然测量准确度较低，被测折射率的大小收到限制，对于固体材料也需要制成试件，但是，掠入射法具有操作方便迅速、环境条件要求低的特点。 采用掠入射法测量棱镜折射率，如下图所示，用单色面扩展光源(钠光灯前加一块毛玻璃)照射到棱镜AB面上。当扩展光源出射的光线从各个方向射向AB面时，以90?入射的光线1的内 '''iii折射角最大为max，其出射角最小为min;入射角小于90?的，折射角必小于max，212 'i出射角必大于min;大于90?的入射光线不能进入棱镜。这样，在AC面用望远镜观察时，1 i将出现半明半暗的视场(如下图所示)。明暗视场的交线就是入射角为=90?的光线的出射1方向。 11n,由折射定律可知折射率，即， sini,maxsinin2max 'iiA，,由几何知识可以得到: 2max2 'iAi,,即。 22max '''sinsinsiniii1min1min1min而 n,,,'sinsin()sincoscossiniAiAiAi,,22max2max2max 'sini1min, 112sin1()cosAA,,,,nn '2 ,,,,,sinsin1cosiAnA1min 'cossinAi，21min,,，n()1sinA ''ii从此可以看出，只要测得min和顶角A就可求得该三棱镜的折射率，而min就是入射11角i=90?时明暗视场分界线方位与法线方位的夹角 实验步骤 1对分光计的进行调节 (1)粗调 调节载物台下方的三个小螺钉，尽量使载物台与刻度盘平行，调节望远镜和平行光管各自的仰角调节螺钉使它们的光轴与刻度盘平行。经过粗调，使得调整的范围大大缩小，提高实验的效率。 (2)细调 A.为了使眼睛通过目镜能够清楚地看到分划板上的刻线，先要对望远镜的目镜进行调焦，确保在后续的操作中能看到清晰的像; B.将分划板调到物镜焦平面上，使得能够把前面入射的平行光线聚焦在分划板上; C.放置双面镜在载物台时让双面镜置在某个螺钉上方，而且尽量使双面镜所在的面垂直平分另外个螺钉的连线，这样在调解时，只需调节另外两个螺钉即可; D.望远镜的绿十字像对于双面镜的两个面的反射像在分划板上都有偏上或偏下的情况，即说 明望远镜的不水平，我们可以运用二分之一调节法，偏上或偏下的距离的一半用两个螺钉来共同调节，另一半距离用望远镜仰角调节螺钉来调节，使得绿十字像与分划板重合，转过双面镜180?，用同样的方法调节，之后反复调整可以使得两个像在分划板十字的引导下向中间靠拢并趋于重合; E.通过上一步骤，其中两个螺钉已经调节水平了，这一步骤只需调节另一个螺钉，把双面镜与螺钉的相对位置转动90?，用上述的方法即可; F.调节平行光管与载物台的转轴垂直，主要是调节平行光管水平调节螺钉和光管俯仰角调节螺钉以及平行光管狭缝控制螺钉 2测量步骤 原来的掠入射法实验中明暗视场的分界线就是90?入射光线的出射线，但由于扩展光源 i辐射进棱镜的入射角度具有一定的范围，因此在AC出射面观察出射光时，可看到入射角1 iii满足min <<90?的入射光线产生的各种方向的出射光形成一个亮区;>90?的入射光111 ii线被毛面BC面挡住不能进入棱镜而在出射面形成暗区;在<min的区域由于没有光线进11 入棱镜，在出射面相应的区域形成暗区。结果望远镜中出现的视场如图(a)所示，为一亮柱，存在着两条明暗分界线。 如果我们顺时针缓慢旋转载物台，随着入射光线角度的不断增大，如图(b)所示，能够进入到棱镜的光线不断减少;2线的入射角增大到约90?，一线的入射角大于90?;入射角大于2线的其他光线，由于角度不断增大且大于90?，因此被BC面挡住不能进入棱镜;角度小于2线的光线，其入射角的不断增大，出射光线的出射角不断减小。随着出射光线的减少和出射角的减小，导致出射角最大的光线与最小的光线之间的夹角不断减小，从AC面射出光线的角度范围不断地收窄，因此望远镜中观察到的亮柱不断地收窄，如图(b)所示。 若进一步旋转载物台，使光源只有入射角约90?的入射角射入棱镜，其他入射光线的角度增大到大于90?，被BC面挡住不能进入棱镜，这时棱镜的出射面只剩下90?掠入射的出射线，观察到的视场将由亮柱进一步收窄成为一条清晰的细亮线，如图(c)所示，此亮 i线即为原来明暗场的分界线。以这条细亮线作为分界线测量最小出射角min，可以大大减1小误差，提高测量精度，从而提高测量棱镜折射率的准确度。 游标 棱镜正面的刻度明暗分界线的刻掠入