1、棱鏡偏向角實驗簡單介紹 .,光學(xué)部分 浙大物理實驗教學(xué)中心編制,ANGLE OF DEVIATION: 簡介 .,1672年牛頓首先利用三棱鏡的色散效應(yīng)將太陽光分解為彩色光帶。不同光波波長的光線入射到同一棱鏡時，具有不同的偏向角，其原因是雖然不同光波波長的光線入射角相同但折射率不同，因而折射光線的位置也不同。,偏向角,ANGLE OF DEVIATION : 簡介 .,設(shè)備,ANGLE OF DEVIATION : 實驗概要 .,進一步掌握分光計的調(diào)整和使用,用棱鏡的偏向角特性測量材料的折射率,測定棱鏡對某一色光的偏向角特性曲線,ANGLE OF DEVIATION : 基本原理 .,偏向角基

2、本光路圖：,ANGLE OF DEVIATION : 基本原理 .,最小偏向角解釋：,一準(zhǔn)單色光平行光束射向棱鏡，先后經(jīng)過棱鏡表面的兩次折射，使得出射光線與入射光線之間有一個夾角 ，稱為偏向角。實驗與理論都表明，當(dāng)保持入射光的方向不變而轉(zhuǎn)動棱鏡時，則偏向角隨之變化，且存在一個最小偏向角，這時入射光線的方向，恰巧使傳播于棱鏡中的光線與頂角構(gòu)成一等腰三角形，這也使得出射光線和入射光線兩者對稱地跨于棱鏡兩側(cè)，即第一表面的光線入射角等于第二表面的光線折射角。運用折射定律，可以獲得最小偏向角。,ANGLE OF DEVIATION : 基本原理 .,最小偏向角：,上式說明對于給定的棱鏡，其頂角A和折射率

3、n已定，偏向角 隨入射角 而變。可以證明：當(dāng)入射角 等于出射擊角 時，偏向角 最小，稱為最小偏向角 。三棱鏡折射率n、頂角A和最小偏向角 有如下關(guān)系：,1、測量出射光方位：轉(zhuǎn)動望遠鏡找到汞燈某一譜線，調(diào)刻度盤往減小 的方向，直到該譜線先向減小的方向移，突然向反方向移動為止。調(diào)整準(zhǔn)確望遠鏡位置，并記下讀數(shù)窗的角度:1和2 。 2、測量入射光線方位：轉(zhuǎn)望遠鏡（移走三棱鏡），找到并行光（入射光）的中心，記下讀數(shù)窗的角度1/和2/ 。 所以：,采樣 min方法1：（汞燈為例）,ANGLE OF DEVIATION : 基本原理 .,讓平行光管一部分光射向BC面而產(chǎn)生外反射，所以望遠鏡可看到三個平行光管

4、出射光的像。其一沿abcd光路成象；其二沿abcfbcd光路成像；其三沿efg光路成像。設(shè)角B等于角C，則轉(zhuǎn)動三棱鏡，當(dāng)三個像重合時，即為最小偏向角的位置。,采樣 min方法2：（汞燈為例）,ANGLE OF DEVIATION : 基本原理 .,汞燈又稱水銀燈，其發(fā)光物質(zhì)是汞蒸汽，汞譜線表：,ANGLE OF DEVIATION : 基本原理 .,ANGLE OF DEVIATION : 實驗方法 .,兩種棱鏡角測量方法：,自準(zhǔn)直法,棱脊分束法,ANGLE OF DEVIATION : 實驗方法 .,消偏心差：, =（1 + 2）/2； =（1 1 ）+（2 2 ）/2,ANGLE OF D

5、EVIATION : 實驗方法 .,讀角度方法：,主尺讀游標(biāo)零刻度線對齊處。 游標(biāo)讀兩刻線對齊處角度值。,1053030,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,分光計：,帶標(biāo)尺的分光計,望遠鏡,平行光管,載物臺,讀數(shù)盤,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,為了獲得清晰的圖象，保證有關(guān)物理量的測量精度，實驗裝置應(yīng)該調(diào)節(jié)目鏡與物鏡： （1）目鏡調(diào)叉絲清晰度。 （2）物鏡調(diào)像的清晰度。,分光計調(diào)整：-望遠鏡,目鏡,物鏡,傾角調(diào)節(jié)螺釘,目鏡調(diào)節(jié)旋鈕,亮十字燈,鈕旋固定鏡物,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,調(diào)節(jié)目鏡套筒進出，使叉絲最清晰為止。,分光

6、計調(diào)整： -望遠鏡 / 目鏡,目鏡套筒,叉絲,調(diào)節(jié)物鏡套筒，使亮綠十字最清晰為止，從而達到物象最清晰的目的。,分光計調(diào)整： -望遠鏡 / 物鏡,十字,物鏡套筒,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,分光計調(diào)整： -載物臺調(diào)整 / a腳,置反射鏡平行于b、c腳的連線。預(yù)調(diào)十字于上橫叉絲的上方，當(dāng)載物臺轉(zhuǎn)過180度時，若十字出現(xiàn)在上橫叉絲的下方，則調(diào)節(jié)a腳使十字向上橫叉絲靠攏；否則調(diào)節(jié)望遠鏡傾角使十字向上橫叉絲靠攏。用逐次逼進法，重復(fù)上述兩步驟，直到任意旋轉(zhuǎn)載物臺都能看到十字在上橫叉絲處。,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,分光計調(diào)整： -載物臺調(diào)整 / b、c

7、腳,置反射鏡垂直于b、c腳的連線。預(yù)調(diào)十字于上橫叉絲的上方，當(dāng)載物臺轉(zhuǎn)過180度時，若十字出現(xiàn)在上橫叉絲的下方，則調(diào)節(jié)b或c腳使十字向上橫叉絲靠攏；否則調(diào)節(jié)望遠鏡傾角使十字向上橫叉絲靠攏。用逐次逼進法，重復(fù)上述兩步驟，直到任意旋轉(zhuǎn)載物臺都能看到十字在上橫叉絲處。,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,分光計調(diào)整： -平行光管調(diào)整 /結(jié)構(gòu)圖,狹縫器,透鏡,狹縫大小旋鈕,傾角螺釘,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,分光計調(diào)整： -平行光管調(diào)整,調(diào)節(jié)平行光管傾角，使亮狹縫平行且重疊在下橫叉絲處。調(diào)節(jié)狹縫器進出（調(diào)焦），使亮狹縫最清晰為止。旋轉(zhuǎn)狹縫器使亮狹縫平行且重

8、疊于豎叉絲處。最后調(diào)節(jié)亮狹縫的大小目視大小約1-2mm。,左右移動調(diào)焦,狹縫大小旋鈕,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,汞燈：,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,外殼,主電極,石英管,主電極,輔助電極,電阻,汞燈是一種氣體放電燈。汞蒸汽是發(fā)光物質(zhì)。汞燈一般屬弧光放電型。汞蒸汽氣壓不同，汞燈輻射的光譜的組成和亮度都不同，按其工作時的汞蒸汽氣壓的高低可分為：低壓汞燈、高壓汞燈和超高壓汞燈。,汞燈,ANGLE OF DEVIATION : 儀器剖析.,ANGLE OF DEVIATION : 內(nèi)容與步驟.,1測量最小偏向角 改變?nèi)肷浣?，用望遠鏡跟蹤瞄準(zhǔn)出射光

9、，找到出射光線往兩個方向移動的轉(zhuǎn)折位置就是棱鏡對該譜線的最小偏向角位置。重復(fù)四次，求最小偏向角 的平均值。 2測量三棱鏡頂角A 測五次，計算A及標(biāo)準(zhǔn)偏差S。 測量材料的折射率 寫出結(jié)果表達式,ANGLE OF DEVIATION : 內(nèi)容與步驟.,描繪特性曲線：,測定棱鏡對某一色光的偏向特性曲線。 繪出實驗光路圖，合理選取測量點，作出 曲線。,ANGLE OF DEVIATION : 實驗動畫.,1 開啟分光計電源，點亮綠十字和讀數(shù)窗燈，在載物臺上放置一反光鏡。調(diào)叉絲：調(diào)節(jié)望遠鏡目鏡鏡筒使叉絲最清晰為止，并調(diào)正位置。 3 調(diào)綠十字：把反光鏡放在載物臺上，調(diào)節(jié)望遠鏡上下傾角并轉(zhuǎn)動反光鏡找到綠十字

10、，調(diào)節(jié)望遠鏡物鏡鏡筒使綠十字最清晰為止。 4 調(diào)平行光管：移走反光鏡，調(diào)節(jié)平行光管上下傾角，使亮狹縫平行且重疊在下橫叉絲處。調(diào)節(jié)狹縫器進出（調(diào)焦），使亮狹縫最清晰為止。旋轉(zhuǎn)狹縫器使亮狹縫平行且重疊于豎叉絲處。最后調(diào)節(jié)亮狹縫的大小約目視大小1-2mm。 5 測量一：把三棱鏡放在分光計載物臺中心。汞燈光束經(jīng)過平行光管從三棱鏡一側(cè)射入從另一側(cè)射出，因為分光出現(xiàn)多條汞譜線。選取某一汞譜線，轉(zhuǎn)動載物平臺找到出射汞譜線，當(dāng)出現(xiàn)往兩個方向移動的轉(zhuǎn)折的位置時，此位置就是棱鏡對該譜線的最小偏向角位置。計下此時的A窗和B窗角度值，然后移掉三棱鏡，用望遠鏡找到汞入射光線的位置，計下此時的A窗和B窗角度值。代入公式求

11、得最小偏向角min的值，重復(fù)測量。 6 測量二：置三棱鏡前頂角于載物臺中心偏前幾mm，轉(zhuǎn)動望遠鏡向左和右找到經(jīng)三棱鏡側(cè)面反射的亮狹縫光，依據(jù)實際情況可微調(diào)平行光管上下傾角，直到滿意的亮狹縫光。再轉(zhuǎn)動望遠鏡找到左右兩側(cè)反射的亮狹縫光，并記錄左A左B右A右B的讀數(shù)值。代入公式可得三棱鏡頂角。微動三棱鏡位置，多次測量。測量：置三棱鏡前頂角于載物臺中心偏前幾mm，轉(zhuǎn)動望遠鏡向左和右找到經(jīng)三棱鏡側(cè)面反射的亮狹縫光，依據(jù)實際情況可微調(diào)平行光管上下傾角，直到滿意的亮狹縫光。再轉(zhuǎn)動望遠鏡找到左右兩側(cè)反射的亮狹縫光，并記錄左A左B右A右B的讀數(shù)值。代入公式可得三棱鏡頂角值。微動三棱鏡位置，多次測量。 把所得的最

12、小偏向角min和三棱鏡頂角值代入折射率公式。計算得三棱鏡折射率。,ANGLE OF DEVIATION : 疑難解答 .,不同的色光偏向角相同嗎？ 答：不同。 2. 測量最小偏向角時載物臺轉(zhuǎn)過頭了，能否回一下再測？ 答：不行，齒紋有空程差影響讀角度值。 3. 試舉出兩種白光分光法？ 答：狹縫衍射法、棱鏡色散法。,ANGLE OF DEVIATION : 注意事項 .,1汞燈有多條譜線，請選取其一處理。 2讀取最小偏向角時在轉(zhuǎn)動望遠鏡時要緩慢，且往一個方向，不要回轉(zhuǎn)，以免增加誤差。 3鏡片易碎，請小心操作，切勿把物品從一張桌子移到另一桌子，請配套使用。,ANGLE OF DEVIATION :

13、參考資料 .,1.大學(xué)物理實驗教程浙江大學(xué)出版社。 2.大學(xué)物理實驗武漢大學(xué)出版社。 3.大學(xué)物理導(dǎo)論清華大學(xué)出版社。 4.普通物理實驗高等教育出版社。 5.改變世界的物理學(xué)復(fù)旦大學(xué)出版社。 6.固體物理學(xué)中南大學(xué)出版社。 7.工程光學(xué)機械工業(yè)出版社。 8.英漢物理學(xué)詞匯北京大學(xué)出版社。 9.物理實驗手冊機械工業(yè)出版社。 10.普通物理實驗高等教育出版社。 11.大學(xué)物理通用教程北京大學(xué)出版社。 12.現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)北京大學(xué)出版社。 13.電子儀器與測量技術(shù)中國科技大學(xué)出版社。 14.大學(xué)物理浙江大學(xué)出版社。,ANGLE OF DEVIATION :國際基本單位,ANGLE OF DEVIATION :基本物理常量,ANG