分光计测三棱镜折射率的探讨

第 !" 卷 增刊 #$$% 年 & 月 福州大学学报（自然科学版） ’()*+,- (. /)01() 2+345*6378（9,7)*,- :;35+;5） <(-= !" :)>>= ?)@= #$$% 文章编号：A$$$ B ##C!（#$$%）:$ B :$&& B $C 分光计测三棱镜折射率的探讨 张文辉 （福建农林大学机电学院，福建 福州D !"$$$!） 摘要：介绍了如何用分光计精确确定三棱镜顶角和最小偏向角，以及测量MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1715870803617_2= 结合分光计测三棱镜折射率的 例子，进行了具体分析，给出了其测量不确定度的最终评定= 关键词：分光计；三棱镜；折射率；测量 中图分类号：EC B !C 文献标识码：? !"#$%&’()%* %* +,’-.&)*/ (0, &,1&’2()3, )*4," %1 (&)’*/.$’& #&)-+ 56 -#,2(&%+,(,& FG?9H I5+ B 1)3 （J(--5@5 (. K5;1,+3;,- ,+L M-5;7*3;,- M+@3+55*3+@，/)N3,+ ?@*3;)-7)*,- ,+L /(*567*8 2+345*6378，/)01()，/)N3,+ !"$$$#，J13+, ） 75-(&’2(：O+7*(L);56 , P571(L (. .3+L3+@ 715 7(> ,+@-5 ,+L 715 >*5;365 P3+3P)P L543,73(+，,+L P5,6Q )*3+@ 715P= R8 ,+,-803+@ 715 5S,P>-5 (. P5,6)*3+@ 3+L5S (. *5.*,;73(+ (. >*36P T371 6>5;7*(P575*，715 54,-),73(+ (. )+;5*7,3+78 3+ P5,6)*5P5+7 T,6 @345+= 8,69%&4-：6>5;7*(P575*；7*3,+@)-,* >*36P；*5.*,;7345 3+L5S；P5,6)*5P5+7 分光计是一种精确测量角度的光学仪器= 光在真空中的传播速度为 !，光子进入三棱镜，其能量将受 到损失，因此其在三棱镜中的传播速度 "总是小于 !，其比值 ! # "称为该媒质的折射率 $［A］% 当一束单色光 透过一个顶角为 !的三棱镜后，出射光和入射光之间有一夹角，这一夹角有一最小值，及最小偏向角 " ， 且满足关系： $ & 63+（（! ’ "）# #）63+（! # #） 不论哪种方法测量玻璃三棱镜的折射率都存在误差，为了使不同的测量结果之间具有可比性，本文用测 量不确定度来统一评价测量结果的质量［#］，使高校的实验教学与科学研究接轨［!］= :; 测量方法 测量前，首先对分光计进行调整，最后达到下列要求：!平行光管发出平行光；"望远镜对平行光聚 焦；#望远镜、平行光管的光轴垂直于仪器公共轴（这样才能保证望远镜或载物台转过的角度与仪器读数 装置所测得的角度一致）= :< :; 顶角 !的测量 图 AD 自准法 /3@= AD 9,7)*,- ,+L ,;;)*,75 P571(L 可以采用自准法来测量顶角 $= 如图 A 所示，用两游标来计量位 置，分别称为游标 A和游标 #= 旋紧刻度盘下螺钉使望远镜和刻度盘固 定不动= 转动游标盘，使棱镜 () 面对正望远镜（如图 A），记下游标 A 的读数 #A 和游标 #的读数 ## % 转动游标盘，再使 (*面对正望远镜，记 下游标 A 的读数 #+A 和游标 # 的读数 #+# % 同一游标两次读数之差 #A , #+A 或 ## , #+# ，就是载物台转过的角度，而且是 $角的补角= ! & A&$- ,［ #A , #+A ’ ## , #+# ］# # 收稿日期：#$$% B $% B A& 作者简介：张文辉（AUV& B），男，讲师= 基金项目：福建农林大学青年基金资助项目（$"A!#!#）万方数据万方数据 增刊 张文辉：分光计测三棱镜折射率的探讨 !! "# 最小偏向角的测量 !! "! !# 最小偏向状态的确定 单色平行光入射到三棱镜的光学面 !"上，一部分反射（光束!），另一部分折射到三棱镜内部，最后 从 !#面透出（光束"）! 当光束"正好处于最小偏向状态时，根据几何关系（图 "），易知 ! $ " % #$%&’ 利 用这一性质可在实验中来精确地确定谱线的最小偏向状态! 当旋转三棱镜，在望远镜中找到光束"的狭缝像刚刚开始向相反方向移动时，固定三棱镜，用望远镜 的准丝对准狭缝像的中央，并读出其方位 ## ’ 然后将望远镜向三棱镜的顶角方向转过（#$%& ’ #）角，如图 "! 如果望远镜的准丝正好与光束!的狭缝像对准，则说明光束"已处于最小偏向角状态；如果没有对准， 则转动三棱镜，使光束!的狭缝像与望远镜的准丝重合（这一转动将使三棱镜更加接近最小偏向角的位 置）! 然后固定三棱镜，将望远镜转回光束"所处的位置，对准其狭缝像! 重复几次，就可使三棱镜准确 地处于最小偏向角位置! !$ "$ "# 最小偏向角 !的测量 单色光通过三棱镜后的 $ 的测量可用分光束法测量! 所谓分光束法如图 ( 所示，平行光管发出的平 行光只有部分透过三棱镜，将平行光分成两部分! 射到三棱镜内部发生折射的光束!和从三棱镜上面掠 过的光束"! 对于光束!它有一最小偏向位置，找出并用望远镜测量，其位置为 $# 和 $"；而光束"以原 方向传播，用望远镜测其位置为 $(# 和 $("，如图 ( 所示! 则可知该谱线的最小偏向角 % %［ $# ) $(# $ $" ) $(" ］* "’ "# 测量结果 #）实验数据! 实验数据详见表 #、表 "! "）不确定度的评定! 大学物理实验教学中，根据国家计量 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 常取约定概率［(］+ % %’ )*，测量次数 满足 #% 6 ,6 + 时， &! % "--. % " !, -.，, , &" % /0 & # % " & #，, , # % !( 表 !# 测量三棱镜顶角所得实验数据（分光计的分度值为 %&’） ()*$ !# (+, ,-.,/01,23 4)3) 56 ./071 ./5358520)（ 3+, 40907052 9):;, 56 /,6/)<309, 024,- 07 %&’） , 分光计读数（左） ## #" 分光计读数（右） #(# #(" # (#&")-%. "##&")-(%. #*#&")-%. ((#&")-%. " (#&")-(%. "##&")-(%. #*#&")-%. ((#&")-(%. ( (#&(%-%. "##&")-(%. #*#&(%-%. ((#&")-(%. / (#&")-(%. "##&(%-%. #*#&")-(%. ((#&")-(%. * (#&(%-%. "##&(%-%. #*#&")-(%. ((#&")-%. + (#&")-%. "##&")-%. #*#&")-%. ((#&")-%. 平均值 (#&")-(%. "##&")-(*. #*#&")-"*. ((#&")-#*. ·)$· 万方数据万方数据 福州大学学报（自然科学版） 第 !" 卷 表 !" 测量最小偏向角的实验数据（分光计的分度值为 #$%） &’() !" &*+ +,-+./0+12 3’2’ 45 60’77+62 3/8/’2/41 ’197+（ 2*+ 3/8/6/41 8’7:+ 45 .+5.’;2/8+ /13+, /6 #$%） ! 分光计读数（左） !# !$ 分光计读数（右） !"# !"$ # !%&’( )!*+ $#%&’()!*+ %*&"%)*+ $(*&"%)!*+ $ !%&’( )*+ $#%&’()!*+ %*&",)*+ $(*&",)!*+ ! !%&’( )!*+ $#%&’()*+ %*&",)*+ $(*&",)*+ ’ !%&’, )*+ $#%&’,)*+ %*&"%)*+ $(*&",)!*+ " !%&’, )*+ $#%&’()!*+ %*&",)!*+ $(*&",)*+ - !%&’, )*+ $#%&’()!*+ %*&",)!*+ $(*&",)*+ 平均值 !%&’( )’*+ $#%&’()!"+ %*&",)!*+ $(*&",)#"+ . . !）三棱镜顶角的不确定度/ "#的 #类不确定度：. . ## $ $%-& $ $ ’（"#’ ( 9"#）$ !（! ( #! ） $ $$). . .（* $ *+ %"） "# 的 ,类不确定度：. . #, $ $ # - $ $ !*) !! $ !"). . . （* $ *+ %"） "# 的伸展不确定度：. . ."# $ # $ # / # $! , $ ’#) （* $ *+ %"） 同理可得在置信概率* $ *+ %"时，.""# $ !%)，."$ $ ’*)，.""$ $ !()+ 由表#可知，" $ # $［ "# ( ""# / "$ ( ""$ ］+ 顶角 $ $ #,*0 ( " $ -*0("!*)+ 三棱镜顶角的合成不确定度为： .$合 $ )$ )"( )# $ （."#） $ / )$ )""( )# $ （.""#） $ / )$ )"( )$ $ （."$） $ / )$ )""( )$ $ （.""$）! $ $ #$ （."#） $ /（.""#） $ /（."$） $ /（.""$）! $ $ !%). . .（* $ *+ %"） 故三棱镜顶角为 $ $ -*0("!*) 1 !%)（* $ *+ %"）+ ’）最小偏向角的不确定度/ . . !# 的 #类不确定度：. . ## $ $ ’（!#’ ( -!#）$ !（! ( #! ） $ $*) . . !# 的 ,类不确定度：. . #, $ $ # - $ $ 2 !*) !! $ !") . . !# 的伸展不确定度：. . .!# $ # $ # / # $! , $ ’*) 同理可得在 * $ *+ %"时，.!"# $ !%)，.!$ $ ’#)，.!"$ $ !()+ 由表 $可知 %012 $ -!# ( -!$ / -!"# ( -!"$ $ $ "#0#*"’")+ 最小偏向角的不确定度为： .%012合 $ # $ （.!#） $ /（.!"#） $ /（.!$） $ /（.!"$）! $ $ !%) 故最小偏向角 %012 $ "#0#*"’") 1 !%)+ "）单色光对三棱镜折射率的不确定度/ ! $ 312（（$ / %012）3 $） 312（$ 3 $） $ 312（（-*0("!*) / "#0#*"’")）3 $）312（-*0("!*) 3 $） $ #+ --# . . 折射率的合成不确定度： .!合 $ ) ! )( )$ $ （.$合） $ / )! )%( )012 $ （.%012合）! $ ·*%· 万方数据万方数据 增刊 张文辉：分光计测三棱镜折射率的探讨 )! )! " # !" $ #$%（"&$% % "） #$%"（! % "） " # ’& ()"，* * )! )"&$% " +,#（（! ’ "&$%）% "） "#$%（! % "） " ’& --) (!合 " ’& ’!!，所以三棱镜折射率测量结果的最终表达式为 ! " !& ))! ) ’& ’!!（* " ’& .-）& !" 结语 通过以上分析，在不影响精度的情况下，通过对不确定度进行简化的方法评定实验测量结果，可以运 用在大学物理实验教学中/ 参考文献： ［!］田 莳/ 材料物理性能［0］/ 北京：北京航空航天大学出版社，"’’1：!1)/ ［"］倪育才/ 实用测量不确定度评定［0］/ 北京：中国计量出版社，"’’1：" 2 3/ ［3］陆申龙，曹正东/ 测量不确定度的一些新概念的分析与讨论［4］/ 大学物理，!...（!）：3-/ （责任编辑：郑美莺） ·!.· 万方数据万方数据 分光计测三棱镜折射率的探讨 作者： 张文辉， ZHANG Wen-hui 作者单位： 福建农林大学机电学院,福建,福州,350003 刊名： 福州大学学报（自然科学版） 英文刊名： JOURNAL OF FUZHOU UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 2007，35(z1) 引用次数： 0次 参考文献(3条) 1.田莳 材料物理性能 2004 2.倪育才 实用测量不确定度评定 2004 3.陆申龙.曹正东 测量不确定度的一些新概念的分析与讨论[期刊论文]-大学物理 1999(1) 相似文献(10条) 1.期刊论文 陈娴娟.周幼华 分光计调试与三棱镜顶角测量中的几个问题 -江汉大学学报（自然科学版） 2006,34(4) 针对JJY型分光计的特点,研究了分光计调试与三棱镜项角测量实验中的几个问题:实际要测量的角度均为二面角,分光计的望远镜、平行光管、载物 台与转轴垂直是测量二面角基本要求;载物台的粗调的参照物是平台自身,要使载物台和转轴垂直,必须在载物台平面内找到两条相交的直线与这条转轴 垂直;各半调法是基于实验光路中载物台和望远镜的关联性而采用的渐近方法;利用反射光法测量三棱镜顶角时,要注意辨别反射光和折射光. 2.期刊论文 张雅男.徐飞.陈玉林.ZHANG Ya-nan.XU Fei.CHEN Yu-lin 用分光计测量三棱镜顶角的调整方法 -实 验科学与技术2008,6(3) 大学物理实验中分光计实验的难点在于调节仪器使望远镜光轴垂直于分光计中心转轴.用三棱镜代替双面反射镜调节并进行测量的方法,与其他方法 相比较,其效率尚,适用性强,易于掌握,便于操作. 3.期刊论文 王如梅.王玲.WANG Ru-mei.WANG Ling 分光计二次调整法提高三棱镜顶角测量精度 -郑州轻工业学院 学报（自然科学版）2005,20(2) 在分光计测量三棱镜顶角实验中,改进了传统的方法,即对分光计进行二次调整.结果误差明显减小,提高了测量精度. 4.期刊论文 毛爱霞.刘汇慧.陈庆东.刘香茹.马登东.Mao Aixia.Liu Huihui.Chen Qingdong.Liu Xiangru.Ma Dengdong 用分光计测量三棱镜的折射率的几个问题 -大学物理实验2009,22(2) 本文对分光计的调整、三棱镜的折射率的测量及数据处理过程中常出现的几个问题作详细的分析,提出了最简单的调节方法,澄清了一些易混淆的问 题,可以避免盲目的操作,达到该实验的训练目的. 5.期刊论文 张艳亮.周明东.ZHANG Yan-liang.ZHOU Ming-dong 用分光计研究三棱镜的色分辨本领 -物理实验 2007,27(9) 用分光计和三棱镜组成了简单的目视棱镜光谱仪,讨论其色分辨本领 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ,并引入线光源的宽度对公式进行修正,解释了此目视棱镜光谱仪观测不到 钠黄光双线,只能观测到汞灯的黄色双谱线的原因. 6.期刊论文 分光计测三棱镜顶角的相对转动测量法 -中国科教创新导刊2009(28) 在分光计实验中用反射法测量三棱镜顶角的实验中,改进了传统的方法,即采用相对转动的方法,避免了实验过程中出现的"只看见一边狭缝像"或"看 不到狭缝像"的情况,使实验更加完善. 7.期刊论文 王克强.潘玲珠 提高分光计测量三棱镜顶角实验效果的研究 -中山大学学报论丛2005,25(3) 对在"分光计测量三棱镜顶角"实验中出现的"看不到狭缝光反射像"情况的原因进行了分析,提出解决问题的办法,并对实验装置进行了改进,取得了 良好的实验效果. 8.期刊论文 凌洁 分光计测量三棱镜谱线折射率的研究 -安徽工业大学学报(自然科学版)2003,20(3) 对分光计测量三棱镜谱线折射率的两种错误方法从测量原理上进行了分析,给出了测量的正确方法,从而提高了测量精度. 9.期刊论文 程怡乐 试析分光计载物台的角度补偿作用 -黄山学院学报2004,6(3) 本文首先明确了分光计载物台对三棱镜不垂直度的角度补偿作用.通过讨论,指出了三棱镜精度的主要标志是垂直度误差的提法不妥.提出了与实验 密切相关的三棱镜质量的主要标志,是棱镜折射率n的均匀性和2个透光面的平面度;介绍了可调平面镜在分光计调整中的使用. 10.期刊论文 金逢锡.顾广瑞.JIN Feng-xi.GU Guang-rui 用三棱镜测量液体折射率的一种方法 -延边大学学报 (自然科学版)2005,31(2) 介绍了利用三棱镜和分光计测量透明液体折射率的一种实验方法.实验中使用两个等边三棱镜,将液体夹在两三棱镜之间形成厚度均匀的液膜,利用 全反射原理测得了透明液体的折射率.结果表明,这种实验方法操作简便,重复性好,准确度高. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_fzdxxb2007z1026.aspx 下载 课程表模板下载资产负债表下载英语单词下载学习机资料下载励志文章下载 时间：2010年5月5日