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北航物理实验研究性报告专题:分光仪的调整及其应用第一作者:陈凯学号:10031074班级:100323班第二作者:刘汉鹏学号:59000225班级:100323班目录目录2摘要 错误 !未定义书签。一、实验目的 错误 !未定义书签。二、实验原理与步骤 错误 !未定义书签。1、分光仪的调整 32、三棱镜顶角的测量(反射法) 43、棱镜折射率的测量(最小偏向角法).:4三、实验仪器 5四、数据记录与处理 :5五、讨论与总结 :9摘要:分光仪是分光测角仪的简称,它能较精确地测量平行光线 的偏转角度。借助它并利用反射、折射、衍射等物理现象,可完成全 偏振角、晶体折射率、光波波长等物理量的测量,其用途十分广泛。 近代摄谱仪,单色仪等精密光学仪器也都是在分光仪的基础上发展而 成的。本文主要讨论分光仪调整及其应用的过程中实验步骤、实验数据处理、误差分析及实验总结等问题。一、实验目的1. 了解分光仪的构造及其主要部件的作用;2. 学习并掌握分光仪的调节原理与调节方法;3. 掌握自准直法和主次逼近调节法,巩固消视差技术;4. 学会用反射法测量三棱镜的顶角。二、实验原理与步骤1. 分光仪的调节原理(1)根据自准直原理,当叉丝位于物镜焦平面时,叉丝与小十字 刻线的反射像共面,即绿十字与叉丝无视差,此时望远镜聚焦于无穷 远。(2)若望远镜光轴垂直于平面及反射镜镜面, 且平面镜镜面与仪 器主轴平行,则望远镜光轴必垂直于仪器主轴,此时若将载物台仪器 主轴旋转180,使平面镜另一面对准望远镜,望远镜光轴仍将垂直于平面镜(3)使平行光管产生平行光,当被光所照明的狭缝刚好位于透镜 的焦平面时,平行光管射出平行光;调节平行光管光轴与仪器主轴垂 直,望远镜光轴与平行光管平行。实验步骤:(1)粗调,调节水平调节螺钉,使望远镜居支架中央,并目测调 节望远镜俯仰螺钉,使光轴大致与主轴垂直,调节载物台下方3个螺 钉外伸部分等长,使平台平面大致与主轴垂直。(2)调整望远镜,在载物平台上放置平面反射镜,调节目镜,改 变目镜与叉丝分化板之间的距离,直至看清分化板上的双十字形叉 丝。旋转载物台,改变平面反射镜沿水平方向的方位,直至在旋转载 物台的过程中,总可以在某一位置通过目镜看到一个绿色十字。(3)调节望远镜光轴与仪器光轴垂直,使得平面镜绕主轴旋转 180度,绿色小十字始终都落在上叉丝中心为止。(4)平行光管的调整,将已调好的望远镜对准平行光管,拧动狭 缝宽度调节手轮,打开狭缝,松开狭缝套筒锁紧螺钉,前后移动狭缝 套筒,当在已调焦无穷远的望远镜目镜中无视差地看到边缘清晰的狭 缝像时,平行光管即发出平行光。2. 三棱镜的测量原理(反射法)反射法测三棱镜顶角必须使望远镜的光轴旋转平面垂直于待测顶 角A的两个光学平面AB AC0 =A4_+ig) A=0 /2为了消除偏心差的影响,采用对径法读数,左边游标开始时读数为一, 右边读数为一当望远镜或载物台转过某一角度后,左边游标读数二, 右边I,可以由左边的读数得到其转角:=_-_,由右边读数得到其 转角-_=-;_,然后取其平均, = I -1 - 1-11.棱镜折射率的测量(最小偏向角法)如图所示,测出棱镜的最小偏向角二,可以导出:sin三、实验仪器分光仪,屏幕反射镜,三棱镜,钠光及电源四、原始数据与处理1三棱镜顶角的测量编号12345%36003002025035190814056氏180212018704110113212%2402180221303170122055民60101931029250720059e1195911958120012081202A595930595906040600060 1其中 A=;根据实际测量的数值,的表 达式可 能进行调整,将A的单位化为度,则有:44A59.99259.98360.06760.00060.01760.012计算A的不确定度:宀、;-=0.0835游标盘的准确度为1贝S其误差限为1,故:60=0.0096则.:亠=0.08: 最终结果可以表示为:為土 pU) = 60.01+ 0.0832.棱镜折射率的测量123452924526130215 0180 4252 301125081303530039132 293434531228266372314110331163501322786 15136283 32551050575195056512其中=T . 一 ,.,【或.h| |二.-;| 一L - 3|.将1单位改为度并求其平均值:虽s51.050.95851.15050.95251.033口51.066=sin其中A由前一实验测得:A泪r 口站-一 带入数据得:n=1.65=0.03711F面计算:的不确定度:旳=早=0.0096V3由曲-二.所以)i帥j -故“山+V.心)14 =0.08fS +_ AA . /(5 -F jcos (2)in 至一 cos 2 sin | 厂p.0682UC5) = 0.03 8qS+ACOS c20.022c + A2 sin-=0.07- ,计算n的不确定度分量:折射率的最终结果为n二-.一 Lu .五、讨论与总结1. 误差分析本实验误差来源主要如下:(1) 实验环境为光线较暗的封闭实验室,所以仪器调整、现象观察、 数据记录都比较容易出差错,长时间的实验更是容易使人眼睛 疲劳,造成读数误差;(2) 光学仪器固然精密,但仍免不了仪器本身给实验带来的误差, 例如读数转盘的齿轮间隙就可能给实验数据带来误差。2. 实验难点我认为本次实验的难点在于分光仪的调整,因为能否调整好直接 影响到后面的实验进行。其中调好是指满足两个条件:入射光与出射 光均为平行光;入射光与刻度盘平面平行,但出射光未调至与刻度盘 平面平行。需要分别先后调整自准直望远镜和平行光管, 这一过程需 要一直通过接目镜观察现象,由于需要慢慢调节并且耗费眼力所以需 要有耐心,这样才能调节成功。3. 实验感想感觉这次实验在光学中算比较难的,整个实验过程一刻也没有松 懈,做得比较累,即使实验之前预习了本实验内容,实验前也有认真 听老师讲解实验要点,但实验开始后,真动起手来才感觉到实验不好 做,首先载物台的调节要用三颗调节螺丝, 方法不对的话可能很长时 间都不能调好自准直望远镜,必须严格按照粗调、调整望远镜聚焦于无穷远、调整望远镜光轴与仪器主轴垂直这几个顺序,并且每一步都 要尽量做好,这样下一步才更好做。调节的难度大概和迈克尔逊干涉 仪的调整相当。实验过程中实验老师给与了我很多帮助, 包括耐心细 致的指导,亲手操作演示,让我在遇到困难时能很快解决,节约了时 间。最后,第三个实验中不确定度的计算方法也让我收获不小,因为 之前做的实验中误差处理时都是直接测量量不确定度的合成,而这次实验中折射率的表达式中含有最小偏向角, 三棱镜的顶角这两个测量 量,所以在计算折射率的不确定度时用到了间接测量量不确定度的合 成方法,即、一厂一二I ,式中- -,u.-是输入量的-标准差,它代表的不确定度。在以后的实验中可能还 会用到,所以现在最好就掌握这个公式。
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