分光计(大学物理)

实验目的

(1) 了解分光计的结构以及双游标读数消除误差的原理。 (2) 掌握分光计的调整要求, 使用方法与技巧。 (3) 推导分光束法，自准直法测量三棱镜顶角的公式。 (4) 学会测量三棱镜的顶角。

(5) 学会三棱镜的最小偏向角θ的测定及折射率计算。

实验仪器

实验由JJY型分光计、三棱镜、钠光灯(λ0=53埃)、双面反射镜构成。分光计是用

来测量角度的仪器，在光学实验中可准确测量入射光与出射光传播方向间的夹角，如反射角、折射角和衍射角等。只有同时达到以下三点要求，才能用它进行精确的测量。

(1) 平行光管发出平行光(平行光管的狹缝位于其物镜焦平面上；即调整物像物距使狹缝成像清楚)。见上图。

(2) 望远镜接收平行光(调焦于无穷远；即移动目镜使目镜中叉丝像清楚)。

(3) 三平面互相平行并垂直中心转轴(读数平面、观察平面、待测光路平面三平面；即载物台、游标刻度盘、光路水平平行)。

实验原理

(1) 分光束法测三棱镜的顶角α。

1|LR|2 (1)

为了消除分光计刻度盘的偏心误差，测量每个角度时，在刻度盘的两个角游标I，II上都要读数，然后取平均值，于是

1|LIRI||LIIRII|4 (2)

(2) 自准直法测三棱镜的顶角α。

A18001800|LIRI||LIIRII|2 (3)

(3) 最小偏向角θ的测定及折射率计算。

上图所示为一束单色平行光入射三棱镜时的主截面图。光线通过棱镜时，将连续发生两次折射，出射光线和入射光线之间的交角θ称为偏向角。i1为入射角，i1为出射角，α为棱镜的顶角。当i1改变时，θ随之改变。可以证明，当i1=i1时，偏向角θ有最小值θ

min

，此时入射角i1=(θ

min

+α)/2，折射角i2 =α/2，由折射定律nsini2=sini1可得

三棱镜的折射率为：

sinnminsin22 (4)

因此，对于具有棱柱形的透明物体，只要测出最小偏向角θmin及入射面出射面之间的夹角α，就可由式(4)计算出棱镜对该种光的折射率。应当注意，通常所说的某物质折射率n，是对钠黄光(波长λ为53)而言。

用分光计可以精确地测得棱镜的θmin和α，从而求得该棱镜的折射率。

0实验内容

分光计调整： (1) 调节望远镜(调目镜、调焦)； (2) 调望远镜的光轴与旋转主轴垂直； (3) 调平行光管，并使其光轴垂直于旋转主轴。 1、用分光束法测三棱镜的顶角α

将三棱镜待测顶角α的顶点置于载物台中心(为什么？不妨自己试试其它位置)，并对准平行光管。

2、自准直法测三棱镜的顶角α

测顶角α的另一个方法是自准直法，即转动望远镜分别使其与棱镜的光学面垂直，记其在这两个位置之间的转角为。

3、测三棱镜的最小偏向角(选)

将三棱镜置于载物台上，应注意调整载物台使高度适当。转动载物台，寻找最小偏向角。可以先用目测找到出射光线，然后转动载物台，使偏向角变小，直至载物台转动方向不变，偏向角却开始变大为止。这时再用望远镜精确地测定这个光线偏折方向发生改变时的临界角度θ，此角度与光线无偏折(无棱镜)时的角位置θ0之差即为棱镜的最小偏向角θmin。

为了消除偏心误差，测量每个角度时，在刻度盘的两个角游标I，II上都要读数，然后取平均值，即

min

1|(I0I)(II0II)|2