分光计的调整及折射率的测定 讲义.pdfVIP

分光计的调整与折射率的测定 【引言】 分光计是一种精确测量角度观察光谱的比较精密的光学仪器。可以用来测量棱镜的顶角、 最小偏向角等，从而间接地测出棱镜折射率、光波波长、色散率等一些物理量。 分光计装置精密，结构复杂，使用前必须按操作程序进行调整，它的调整方法和操作技 能在光学仪器中具有一定的普遍意义，而且它的基本光学结构又是许多光学仪器(如摄谱仪、 单色仪、分光光度计等)的基础。因而学习分光计结构原理、调整方法以及一些应用是很有 用处的。 【开篇设问】 1．用分光计测量角度前应该调节分光计达到什么要求? 2．测量最小偏向角时，三棱镜在载物台上的位置会是任意的吗?为什么? 3．如果旋转望远镜找不到折射光线，可能是什么原因? 4．对给定的棱镜和单色光，最小偏向角是惟一的还是可以有不同的数值?为什么? 5. 怎样找到三棱镜的最小偏向角？ 【实验目的】 1. 了解分光计的结构和工作原理。 2. 掌握分光计的调整方法。 3. 学会用分光计测量玻璃三棱镜的顶角和折射率。 【实验原理】 1. 分光原理与分光计 分光是指把复合光中不同波长或者频率的单色光分开。分光的方法有多种。比如，当光 线入射到透明介质中，由于不同波长的光的折射率不同，所以不同波长的光将沿不同方向出 射而分开，棱镜分光正是利用了这一现象；又如，复合光在衍射时，不同波长的光的衍射极 大出现的角度不同也会使不同波长的光分开，光栅分光就是这个原理。 1 人为地分光一般是为了测量每一单色成分的波长、折射率、光强等，为了达到准确测量 的目的，通常需要在分光的基础上增加一些辅助器件，这些辅助器件包括：使入射光称为平 行光的平行光管，放置分光器件的平台，能够灵活转动并能将各单色光汇聚起来进行测量的 望远镜，等等。所有这些辅助器件，连同分光装置，便构成了分光计（如图5.6.1-5.6.3所示）。 由于分光计的主要部件能够转动，能够测量光线的角度，所以在不分光的情况下也能进行一 些测量，比如本实验中用分光计测量玻璃三棱镜对钠黄光的折射率便是如此。 2. 最小偏向角法测三棱镜的折射率 图5.6.4所示为光线通过三棱镜后的偏折情 况。图中三角形ABC表示三棱镜的横截面。AB 和AC是透光的光学表面，称为折射面，其夹角 A称为三棱镜的顶角。BC为毛玻璃面，称为三 棱镜的底面。一束单色光线LD经待测三棱镜的 两次折射后，沿ER方向射出。入射光线与出射 光线的夹角称为偏向角δ，偏向角三棱镜的重要 特征量。δ的大小随入射光束在AB面上的入射 角i 而变。可以证明，当i=i ，即出射光和入 l 1 4 射光相对棱镜对称时，偏向角有极小值min 。 将这一关系代入折射定律，同时考虑一些角度关系，可以得出折射率的如下表达式： sin[(A )/2] n min （5.6.1） sin(A/2) 2 因此，只要测出三棱镜顶角A及某种波长的光在三棱镜中的最小偏向角min ， 就可由 式（5