实验十五 使用光谱仪测量棱镜的折射率 【实验目的】 1.了解光谱仪的主要结构以及各部分的功能。 2、掌握光谱仪的调节要求和使用方法。 3、光聚焦的色散现象。 4. 了解如何检测棱镜的内角。 5、学习用最小偏转角法测量棱镜材料的折射率。 【仪器及耗材】 JJY 光谱仪、汞灯及电源、棱镜、平面镜 【实验原理】 1、用最小偏转角测量棱镜的折射率n，如图15-1所示。 有一折射率为n的棱镜，一束单色平行光以入射角i1（入射光与AB面法线的倾角）入射到棱镜的AB面上，则为折射两次，然后从另一个表面AC发射。 表面法线的倾斜角为i2，入射光与出射光之间的倾斜角称为偏转角。 理论上可以证明，当入射角i1与出射角i2相等时，入射光与出射光之间的倾斜角最小，称为最小偏转角δ。 图15-1a 从图15-1a可以看出 = (i1-r1)+(i2-r2) (15-1) 光从空气入射到棱镜，然后从棱镜出射到物体空气。 根据折射定理，有 (15-2 ) (15-3) 当i1=i2时，由式(15-2)和式(15-3)可得，故式(15-1)可得写为 (15-4) 并且因为 (15-5 ) 由式(15-4)和式(15-5)，将上式代入式(15-2)并考虑式(15-5) ），由式（15-6）可得（15-6），只要测量出棱镜的内角A和最小偏转角，即可求得棱镜玻璃对该波长单色光的折射率被估计。
当入射光不是单色光时，虽然各种波长的光的入射角相同，但出射角不同，说明折射率也不同。 对于通常透明的材料，折射率随着波长的减小而减小。 一般情况下三棱镜绿光折射率，指南中给出的材料折射率若未标注，通常指波长为589.3nm的钠黄光。 按照。 2、反射法测量棱镜内角的原理 图15-2 为反射法测量棱镜内角的光路图。 一束平行光入射到棱镜上，被棱镜的两个光学表面反射。 根据几何关系和光的反射定理，得到两个光学表面反射光之间的倾角，其中A为棱镜的内角。 即只要测量出内角(15-7)即可得到。 【实验内容及要求】 根据实验要求调整光谱仪。 调整光谱仪以满足：①望远镜可观察平行光； ②准直器可发出平行光； ③望远镜光轴和平行光轴垂直于仪器的旋转轴。 将三棱镜放置在如图15-3所示的载物台上，用自准直的方法调整三棱镜的AB，使AC光平面与望远镜光轴垂直。 （注意，此时只能调整载物台下的调平螺丝，无法再次调整望远镜） 2、使用反射法测量棱镜内角 （1）将棱镜放置在载物台上如图15-2所示 放置时，确保棱镜的一个顶点尽可能靠近载物台中心，并锁定游标； (2)打开水银灯电源，使准直器发出的平行光照射到棱镜的两个光学面上； (3)锁紧旋转底座和刻度盘锁紧螺钉，将望远镜转到位置1，即望远镜视场内十字丝反射的准直器裂纹图像和AB面反射的准直器裂纹图像棱镜的轮廓，并记录游标盘上的左右光标。 之后将望远镜转到位置2，使望远镜物镜视场中的十字丝反射棱镜AC面反射的准直器的狭缝像，然后读取左右光标的位置当望远镜处于位置2时游标盘上的指示，根据式（15-6）、式（15-7）估算出棱镜的内角A。
3. 使用最小偏转角法测量三棱镜的折射率 (1) 将三棱镜放置在载物台上，如图 15-4 所示。 放置时，确保三棱镜的一个顶点尽可能靠近载物台中心，并使光线穿过三棱镜的两个光学面； 拧紧望远镜和刻度盘的锁紧螺钉，转动望远镜寻找棱镜的折射光谱，观察光的色散现象； (3) 选择绿色谱线作为检测对象，转动游标将载体推到物台上，将谱线连接到入射光方向。 为了不丢失望远镜中的谱线，望远镜需要在同一方向上进行通信。 当观测到的谱线正式开始向相反方向沟通时，锁定游标； (4) 转动望远镜，使十字准线与谱线对齐。 该位置对应于以最小偏转角发射的折射光的方向。 记录游标盘上左右光标的指示三棱镜绿光折射率，然后取下棱镜，将望远镜转向入射光方向。 将十字线对准白色谱线，然后读取望远镜在此位置时游标盘上左右光标的指示，并利用公式（15-6）估计角点，即为最小偏转角； (5)为减小检测偏差，重复前次检测(5次)，取平均值作为绿色谱线的最小偏差角度； (6)选择蓝紫色谱线，重复之前的检测，估计蓝紫色谱线的最小偏差角； (7)将估算的内角A值和 , 值代入公式(15-6)进行估算，并对结果进行分析比较。 【注意事项】水银灯点亮后，需要十几分钟才能达到稳定工作状态； 关闭后必须将灯头拆下冷却十分钟以上才能重新启动。
棱镜是一种精密光学器件。 请勿用手触摸棱镜的光学表面，以免造成损坏或损坏。 水银灯的紫外线很强，不要直视，以免冻伤眼睛。 不同颜色的光具有不同的最小偏转角，需要分别检测。 每次检测完最小偏转角后，需要检测光的入射角。 【思考问题】 1、借助平面镜调整仪器后，为什么放上棱镜后还需要调整载物台？ 2、用反射法检测棱镜角度时，为什么棱镜在载物台上的位置要使内角远离准直器？ 尝试画一个光路图来说明。 3、检测谱线最小偏转角时，如何放置棱镜才能使观测到的折射光谱最甜美、最明亮？