1、編號 學士學位論文用分光計測量可見光的折射率學生姓名：沙拉木。熱西提 學 號： 20060103056 系 部： 物理系 專 業： 物理學 年 級： 06-1 指導教師：臺外庫力 完成日期： 年 月 日中文摘要光在傳播的過程中，遇到不同介質的分界面時，會發生反射和折射，光線將改變傳播的方向，結果在入射光與反射光或折射光之間就存在一定的夾角。通過對某些角度的測量，可以測定折射率、光柵常數、光波波長、角色散率等許多物理量。因而精確測量這些角度，光學實驗中顯得十分重要。 我們在此文章中通過實驗用最小偏向角法測量玻璃三棱鏡的頂角和小偏向角并根據測得值計算出不同譜線對應的折射率。目錄中文摘要2引言41、

2、實驗目的42實驗原理：43實驗內容63.1用自準法測量玻璃三棱鏡的頂角63.2最小偏向角的測定64實驗數據記錄及處理75.實驗總結：76.參考文獻87.致謝8引言在介質中，不同波長的光有著不同的傳播速度，不同波長的光在真空中傳播速度相同都為。與的比值稱為該介質對這一波長的光的折射率，用表示，即：。同一介質對不同波長的光折射率是不同的。因此，給出某一介質的折射率時必須指出是對某一波長而言的可見光的波長范圍在0.770.39微米之間。波長不同的電磁波，引起人眼的顏色感覺不同。0.770.622微米，感覺為紅色；0.6220.597微米，橙色；0.5970.577微米，黃色；0.5770.492微米

3、，綠色；0.4920.455微米，藍靛色；0.4550.39微米，紫色。它們是不同波長（不同顏色）的譜線對棱鏡玻璃折射率將不同，波長越短，棱鏡玻璃折射率越大，對給定的等邊玻璃三棱鏡來說是頂角固定的（60°），因為各譜線對棱鏡玻璃折射率不同，本文章中通過實驗測量的是玻璃棱鏡對汞燈各譜線的折射率，即對波長各種的光的折射率。 1、實驗目的測出汞燈色散產生的幾種單色光的折射率。2實驗原理：介質的折射率可以用很多方法測定，在分光計上用最小偏向角法測定玻璃的折射率，可以達到較高的精度。這種方法需要將待測材料磨成一個玻璃三棱鏡。當平行的單色光，入射到玻璃三棱鏡的AB面，經折射后由另一面AC射出，如

4、圖1所示。入射光線LD和AB面法線的夾角稱為入射角，出射光ER和AC面法線的夾角i稱為出射角，入射光和出射光的夾角稱為偏向角。可以證明，當光線對稱通過玻璃三棱鏡，即入射角等于出射角時，入射光和出射光之間的夾角最小，稱為最小偏向角。 由圖1可知：（1） （2）可得： （3）玻璃三棱鏡頂角A是固定的60°， 隨和而變化，此外出射角i也隨入射角i而變化，所以偏向角僅是的函數在章中可觀察到，當變化時有一極小值，令 ，由式(3)得 （4）再利用式（2）和折射定律 （5）得到 (6) 由式（4）可得： 因為和都小于，所以有 代入式（5）可得。因此，偏向角取極小值極值的條件為： 或 （7） 顯然，

5、這時單色光線對稱通過玻璃三棱鏡，最小偏向角為 ，這時由式（3）可得： 由式（2）可得： 由折射定律式（5），可得玻璃三棱鏡對該單色光的折射率為 （8）由式（8）可知，只要測出玻璃三棱鏡頂角A和對該波長的入射光的最小偏向角，就可以計算出玻璃三棱鏡玻璃對該波長的入射光的折射率。頂角A和對該波長的最小偏向角用分光計測定。折射率是光波波長的函數，對棱鏡來說，隨著波長的增大，折射率則減少，如果是復色光入射，由于玻璃三棱鏡的作用，入射光中不同顏色的光射出時將沿不同的方向傳播，這就是棱鏡的色散現象。3實驗內容3.1用自準法測量玻璃三棱鏡的頂角將待測棱鏡置于棱鏡臺上，固定望遠鏡，點亮小燈照亮目鏡中的叉絲旋轉棱

6、鏡臺，使棱鏡的一個折射面對準望遠鏡，用自準直法調節望遠鏡的光軸與此折射面嚴格垂直，即使十字叉絲的反射像和調整叉絲完全重合，如圖 2所示記錄刻度盤上兩游標讀數，再轉動游標盤連帶載物平臺，依同樣方法使望遠鏡光軸垂直于棱鏡第二個折射面，記錄相應的游標讀數和；同一游標兩次讀數之差等于棱鏡角的補角 。由幾何關系可得：三棱鏡頂角。重復測量幾次，計算棱鏡角A的平均值和游標不確定度。3.2最小偏向角的測定 用汞燈照亮狹縫，關閉（綠色）十字像光源，玻璃三棱鏡、望遠鏡和平行光管的相對位置，為便于觀察，注意調整玻璃三棱鏡在載物臺上的方位，使得平行光管的軸線與玻璃三棱鏡的遠側光學表面大致垂直。根據折射定律，判斷經過三

7、棱鏡的折射光線的出射方向，用眼睛觀察出射光線的光學表面，當眼睛正對出射光線時，就會在玻璃三棱鏡的這個光學面上，看到平行光管的物鏡鏡頭和由于色散而發出的彩色譜線。移動望遠鏡正對出射光線，即可在望遠鏡中看到彩色譜線（即狹縫的單色像）。調節狹縫寬度，使光譜線細（為了讀數準確）而清晰地成像在望遠鏡分劃板平面上(1)將玻璃三棱鏡按圖4位置放置，將平行光管狹縫對準光源，并使玻璃三棱鏡、望遠鏡和平行光管處于如圖3的相對位置。平行光入射到AB面，在AC面靠近BC毛面的某個方向觀測出射的光線。(2)開始時，由于望遠鏡的視場很小，可先從望遠鏡外用眼睛觀察AC面出射的光譜線，可以看到一系列彩色譜線，再轉動載物平臺，

8、眼睛觀察透過玻璃三棱鏡的光譜線移動的情況，找到譜線與入射光夾角最小的位置，即：光譜線不再隨載物平臺轉動而繼續向偏向角小的方向移動，而向反方向移動的位置，此位置就是最小偏向角的位置。再用望遠鏡對準這個位置，進行細調。在望遠鏡內看到一系列細而清晰的彩色譜線，轉動載物臺， 使該譜線朝偏向角減小的方向移動，同時轉動望遠鏡跟蹤該譜線，直到棱鏡繼續沿著同一方向轉動時，譜線不再向前移動卻反而向反方向移動，此轉折點即為相應該譜線最小偏向角的位置；用望遠鏡的豎直準線對準它，然后緩慢轉動載物平臺，找到開始反向的確切位置，最后仔細轉動望遠鏡，使十字準線的豎線準確地與譜線重合，讀出左、右兩邊窗口的讀數和 （3） 轉動

9、載物平臺，用三棱鏡的另一個面AC為入射面，重復以上步驟，記下此時兩窗口讀數和（4） 求出光譜線的最小偏向角。由于載物平臺轉動并沒有帶動度盤，所以望遠鏡轉的角度等于。即望遠鏡轉過的角度：我們本實驗中使用一則不透明的三棱鏡所以偏向角（5） 再重復測量四次。（6）由式（8）計算出玻璃三棱鏡玻璃對譜線的折射率n。計算n的合成不確定度并寫出結果表達式。4實驗數據記錄及處理5.實驗總結：首先：光學實驗的儀器測量都十分精密，實驗中一個很小的環節都有可能導致實驗的失敗，在用分光計測量三棱鏡玻璃對復色光譜線折射率的實驗中，即用正確的方法測出的數據更接近標準值，誤差更小。測量三棱鏡玻璃折射率折射率最后結果n影響很小，我們實驗中錯讀角度，和望遠鏡轉過角度，必然對譜線折射率的測量帶來誤差，影響了測量精度。所以我們實驗過程中一定要正確測量所示記錄刻度盤上兩游標角度，和望遠鏡轉過角度，。6.參考文獻（1）田蒔.材料物理性能M.北京:北京航空航天大學出版社,2004:146.（2）倪育才.實用測量不確定度評定M.北京:中國計量出版社,2004:2-3.（3）陸申龍,曹正東.測量不確定度的一些新概念的分析與討論J.大學物理,1999(1):35.（4）普通物理實驗3光學部分 高等教育出版社 楊述武、趙立竹等編2008年版； （5）大學物理實驗 章世恒 主編 西南交通大學出版社 2009 年1月 ；（6）大