冕牌玻璃K9棱镜色散关系的测定

冕牌玻璃K9棱镜色散关系的测定
冕牌玻璃K9棱镜色散关系的测定

冕牌玻璃K9棱镜色散关系的测定

摘要:目的:通过对冕牌玻璃K9棱镜在不同波长下的折射率的测定,运用多种方法进行非线性拟合,得到相应色散公式,并确定计算冕牌玻璃K9折射率的最佳色散公式。方法:在可见光区内,以汞灯、钠灯、氢灯和氦氖激光器所产生的已知各主要光谱线波长,利用分光计采用最小偏向角法测量K9棱镜对已知不同波长的折射率,然后用Origin7.O软分别采用3种方法对色散关系进行非线性拟合。结果:指数衰减模式、光谱学模式和柯西公式进行非线性拟合得到了K9棱镜不同的色散公式。结论:3种非线性拟合方法相比较,科希色散公式准确度更高些。并进一步证实不同材料不可能有相同的色散计算公式,同一种材料也难以在整个光谱范围内用同一公式得到等精度计算结果。

关键词:色散关系最小偏向角非线性拟合

1引言

色散是光学材料的重要特性,在很多光学实验及光学元件设计中均需要知道所用材料的折射率及色散特性。色散表示介质对于不同波长的入射光有不同的折射率,也就是说光学材料的色散有赖于波长的变化。通常光学材料的色散对波长的依赖关系比较复杂,不同材料不可能有相同的色散计算公式,同一种材料也难以在整个光谱范围内用同一公式得到等精度计算结果,这就导致了色散公式的多样化。为此,

IMI-SPP+色散曲线

IMI_结构spp以及色散曲线计算 作者 jiyingke 报告日期 2020-9-25 22:08:13

目录 1. 全局定义........................................................................... 1.1. 参数............................................................................ 1.2. 函数............................................................................ 2. 组件 1 ............................................................................. 2.1. 定义............................................................................ 2.2. 几何 1 .......................................................................... 2.3. 材料............................................................................ 2.4. 电磁波,频域.................................................................... 2.5. 网格 1 .......................................................................... 3. SPP_mode ........................................................................... 3.1. 边界模式分析.................................................................... 3.2. 频域............................................................................ 4. 色散曲线........................................................................... 4.1. 参数化扫描...................................................................... 4.2. 边界模式分析.................................................................... 5. 结果............................................................................... 5.1. 数据集.......................................................................... 5.2. 表格............................................................................ 5.3. 绘图组..........................................................................

三棱镜色散曲线的测定实验要求2010年4月

三棱镜色散曲线的测定 实验仪器 分光计、汞灯、三棱镜 。 预习要求及思考题 预习时请提前学习视频资料,熟悉实验仪器的结构,其中ppt,flash文件中分光镜简介、棱镜折射率测量部分必须仔细学习。(flash 文件可以用IE打开) 1.分光计为什么要用两个圆游标?测量时两个圆游标应如何摆置? 2.三棱镜在载物台上前后移动对测顶角有无影响?为什么? 3.查资料(百度、光学教程等),了解最小偏向角的物理意义.怎样准确找到最小偏向角的位置? 实验内容 1.分光计调整的目标:第一,平行光管出射平行光,第二,望远镜系统聚焦于无穷远,第三,平行光管与望远镜的光轴均与刻度盘的旋转轴垂直。 分光计的调整步骤(详细步骤见教材p78~82,或者参见视频资料以及flash): (1)粗调:先将各个调节螺丝都置于中央以保留调节余地,调节望远镜的俯仰角、 平行光管的俯仰角、载物台的俯仰角,使得三者目测基本在一个平面上,并且 都与刻度盘旋转轴垂直。 (2)用自准法把望远镜聚焦于无穷远:第一,打开电源,调节目镜手轮到最外侧, 慢慢旋进至分划板叉丝刻线和十字光标成像清晰。第二,调整分划板叉丝刻线 的方向。使两根叉丝刻线水平另外一条叉丝刻线竖直;方法:松开目镜套筒锁 定螺丝,旋转目镜套筒。第三,物镜调焦:其目的是将分划板上十字光标调整 到焦平面上,即望远镜对无穷远聚焦。方法:前后移动目镜套筒,使绿十字光 标成像清晰(初始可能是一个绿色亮斑),然后拧紧锁定螺丝。 (3)渐近法调节望远镜的光轴垂直于载物台主轴,可以采用ppt所述半趋发(即书 p81,“各调一半”)。平面镜和三棱镜两种方法都要做。调节的关键是:先弄明 白什么情况下需要怎么调节(ppt和flash上都有说明),调平台时,三个螺丝 中有的是先调好的,再调其他时不要动已经调好了的螺丝。 (4)平行光管轴线与中心转轴垂直: a.取走反射镜,将已调节好的望远镜正对着平行光管,打开钠灯,照亮狭缝。 b.松开狭缝套筒锁定螺丝,调节狭缝套筒前后位置,使望远镜视场中能看到清 晰的狭缝像(白色)。 c.旋转狭缝套筒调节狭缝方向,使狭缝像与望远镜分划板水平叉丝平行。调节 平行光管仰角螺丝,使狭缝像与分划板中间水平叉丝重合。至此以后,不再 碰动平行光管仰角螺丝 (5)读数系统调节:目的:使望远镜对准入射光时,刻度盘左右两边读数分别为90o 和270o。或入射光对应的刻度盘读数为θ左=90o, θ右= 270o。 2.测量棱镜顶角。测量3次。测量时将顶角置于载物台中心 3.测量汞灯各谱线对应的最小偏向角, 4047,4358,4916,5461, 5790,6234,6907(?) 测量时注意,每测量一次最小偏向角,都要拿掉棱镜,单测此时狭缝所对应的角度。

用掠入射法测定三棱镜和液体的折射率(1)

大学物理实验设计性实验 实 验 报 告 实验题目: 液体折射率的测定 浙江农林大林 物理实验室 实验日期:2012 年5 月29日 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师:

液体(水)的折射率测定 实验目的: 1.温习分光仪的结构,并掌握分光仪调节和使用方法 2. 学习用掠入射法测定三棱镜和待测液体的折射率 实验仪器 分光仪,钠光灯,毛玻璃,待测液体(水),三棱镜 实验原理: 1.分光仪的调节 (1)目测粗调 目测调节望远镜光轴﹑平行光管光轴﹑载物台平面,三者大致垂直于分光中心旋转轴。目测是重要的一部,是进一步细调的基础,可以缩短调整时间。 (2)望远镜的调焦,使之能接受平行光,调节步骤如下: 1.目测调焦 2.物镜调焦 (3)调节望远镜光轴及载物台面垂直于仪器中心转轴。 2.调节载物台下G2或G3两螺钉之一,使此h 缩短为h /2,在调节望远镜倾度调节螺钉,使十字反射像与十字叉丝重合。 3.旋转载物台,用“各半”调节法使另一反射面的十字反射像与“上十字叉丝”重合,这需要2,3两步反复调整数次,要细心,耐心。 4.将载物台转动90°后放在载物台,调节载物台下螺钉G1,使十字反射像与上十字叉丝重合。 2.用掠入射法测三棱镜的折射率 掠入射法测三棱镜折射率的原理如图23-1所示。按照图23-1摆好实验仪器,用扩展光钠光灯源(用钠光灯照亮的毛玻璃)照明该棱镜的折射面AB ,用望远镜对棱镜的另一个折射面AC 进行观测。在AB 界面上图中光线a 、b 、c 的入射角依次增大,而c 光线为掠入线(入射角为?90),对应的折射角为临界角,用望远镜看到的视场是半明半暗的,中间有明显的明暗分界线整体移动分光计或刻度盘使钠光灯大体位于AB 光学面的延长线上,用眼睛在出射光的方向找到一个明暗相间的分界线,再将望远镜转至该方位—望远镜看到的视场是半明半暗的,中间有明显的明暗分界线,使竖直“+”字叉丝对准明暗相间的分界线,将刻度盘固定记下左右游标读数1i 和2i 。记下转动望远镜AC 面的法线位置,记下两游标读数3i 和4i ,从而可求光线经过三棱镜的最小出射角i 。在棱镜中再也不可能有折射角大于c i 的光线。在AC 界面上,出射光a 、b 、c 的出射角依次减小,以c 光的入射角为?90,出射角'i 为最小,

光的色散特性的研究实验报告

光的色散特性的研究 光线在传播过程中,遇到不同介质的分界面(如平面镜、三棱镜等的光学面)时,就要发生反射和折射,光线将改变传播的方向,在入射光与反射光或者折射光之间就有一定的夹角。反射定律、折射定律等正是这些角度之间的关系的定量表述。一些光学量,如折射率、光波波长等也可通过测量有关角度来确定。因而精确测量角度,在光学实验中显得尤为重要。 分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种光学仪器,可用它来测量折射率、光波波长、色散率等。分光计的基本部件和调节原理与其它更复杂的光学仪器(如摄谱仪、单色仪等)有许多相似之处,学习和使用分光计也为今后使用精密光学仪器打下良好基础。分光计装置较精密,结构较复杂,调节要求也较高,这对初学者来说,往往会感到困难些。但只要在实验过程中注意观察现象,了解分光计的基本结构和测量光路,严格按调节要求和步骤耐心进行调节,就一定能够达到较好的要求。 本实验是在实验3-14用衍射光栅测量光的波长实验基础上的一个实验项目,有关分光计的结构、使用方法和调节步骤请认真阅读实验3-14中的相关内容。 【预习提示】 1.复习实验3-14中分光计的调节方法和步骤,明确分光计的调节要求。 2.用三棱镜调节分光计时,三棱镜应按什么位置放在载物台上?这样放的好处何在?3.如何判断偏向角减小的方向?如何寻找最小偏向角位置?跟踪谱线时能否将载物台(游标盘)与望远镜同时旋转? 【实验目的】 1.在实验3-14的基础上,进一步熟练掌握分光计的调节和使用方法。 2.掌握用最小偏向角法测定三棱镜对各色光的折射率。 3.观察色散现象,测绘三棱镜的色散曲线,求出色散曲线的经验公式。 【实验原理】 本实验中应该首先搞清楚以下几个概念: ⑴视差:所谓视差是指当两个物体停止不动时,改变观察者的位置,一个物体相对于另一物体有明显移动的现象。在光学仪器的调节中,当人的眼睛从一侧移到另一侧时,像相对于分划板的十字叉丝有明显的移动,即出现视差,说明像与十字叉丝不在同一平面。如果当眼睛移到右边时,像就移到十字叉丝的左边,说明这时的像是在眼睛与十字叉丝之间;如果当眼睛移到右边时,像就移到十字叉丝的右边,说明这时像是在十字叉丝之前。反之,如果眼睛左右移动时,像与十字叉丝之间没有相对移动,像与十字叉丝就在同一平面,说明聚焦已经调好。因此,光学实验中常根据视差现象来判断像与物是否共面。 ⑵平行光:当点光源正好处在凸透镜焦平面上时,由点光源发出的光经过凸透镜后,将形成一束平行光。 ⑶自准法:当光点(物)处在凸透镜的焦平面上时,它发出的光线通过透镜后将形成一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去,反射光再次通过透镜后会聚于透镜的焦平面上,其会聚点将落在光点相对于光轴的对称位置上。 1.用最小偏向角法测量三棱镜的折射率 当光线从一种介质进入另一种介质时,即发生折射,其相对折射率由入射角的正弦和折射角正弦之比确定。由于仪器不能进入棱镜之中观测折射光,故只好让光线经过棱镜的两个界面回到空气中来,再来测量某一单色光经过两次折射后产生的总偏向角。

实验五 用掠射法测定透明介质的折射率

实验五 用掠射法测定透明介质的折射率 实验目的 1.掌握用掠射法测定液体的折射率。 2.了解阿贝折射仪的工作原理,熟悉其使用方法。 实验仪器 分光仪,阿贝折射仪,三棱镜两块,钠灯,水、酒精等待测液体,读数小灯,毛玻璃。 实验原理 1.用掠入射法测定液体折射率 将折射率为n 的待测物质,放在已知折射率为n 1(n <n 1)的直角棱镜的折射面AB 上,若以单色的扩展光源照射分界面AB ,则入射 角为π/2的光线Ⅰ将掠射到AB 界面而折射进入三 棱镜内,其折射角i c 应为临界角。从图5—5—1可以看出应满足关系 1sin n n i c = 当光线Ⅰ射到AC 面,再经折射而进入空气 时,设在AC 面上的入射角为φ,折射角为?,则 有 φ?sin sin 1n = (5-5-1) 除入射光线Ⅰ外,其他光线如光线Ⅱ在AB 面上的入射角均小于π/2,因此,经三 棱镜折射最后进入空气时,都在光线Ⅰ'的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时, 在视场中将看到以光线Ⅰ'为分界线的明暗半荫视场,如图5—5—1所示。 当三棱镜的棱镜角A 大于角i c 时,由图5—5—2可以看出,A 、i c 和角φ有如下关系 φ+=c i A (5-5-2) 将(5-5-1)和(5-5-2)式消去i c 和φ。若棱镜角A 等于90度,可得 ?221sin ?=n n (5-5-3) 若棱镜角A 不等于90度,可得 ??sin cos sin sin 221???=A n A n (5-5-4) I II

因此,当直角棱镜的折射率n 1为已知时,测出?角后便可计算出待物质的折射率n 。 上述测定折射率的方法称为掠入射法,是应用全反射原理。 2.用阿贝折射计测定透明介质的折射率 阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器,同时,还可测量出不同温度时的折射率。测量范围为1.3~1.7,可以 直接读出折射率的值,操作简便,测量 比较准确,精度为0.0003。测量液体时所需样品很少,测量固体时对样品的加工要求不高。 阿贝折射仪也是根据全反射原理设 计的。它有两种工作方式,即透射式和 反射式。阿贝折射仪中的折射棱镜ABC 和照明棱镜A 'B 'C '都是直角棱镜,由 重火石玻璃制成。照明棱镜的A 'B '面经过磨砂,使透射式测量作漫射光源用。折射棱 镜的BC 面也经过磨砂,供反射式测量作漫反射光源用。 透射式测量光路如图5—5—3(a )所示。将折射率为n 的待测物质放在折射率为n 1的直角棱镜的斜面上,其棱角为A ,并用光源S 照明。如果介质的折射率n <n 1,这时与图5—5—1相同,经棱镜ABC 两次折射后,由AC 面射出的光束,在望远镜视场中将观察到半荫视场,明暗分界线就对应于掠面入射光束,测出AC 面上相应的临界出射角?,即可应用(5-5-4)式计算出n 。 应用阿贝折射仪测定固体折射率时不用照明棱镜。对于加工有两个抛光面的固体样品,则光路可采用如图5—5—3(b )所示的透射式测量,对于加工只有一个抛光面的固体样品。则可采用图5—5—3(c )所示的反射式测量。 用光源S (一般为自然光)照亮折射棱镜上的磨砂面BC ,使之成为一个扩展的平面光源,从面上各点发出的光线I 、Ⅱ射抵AB 面上的E 点时,入射角均不相同。其中入射 角大于临界角i C 的,都发生在全反射后再由AC 面射出,同样,在望远镜对准Ⅰ'观察 时,亦可看到半荫视场,只是明暗分布恰与透射光的视场分布相反,其临界出射角? 255—— 图 3 55——图 n B *

光的色散研究_(完整)

评分: 大学物理实验设计性实验 实 验 报 告 物理系 大学物理实验室 实验日期:200 9 年 12 月 4 日 实验题目: 光的色散研究 班 级: 姓 名: 学号: 指导教师:

实验24 《光的色散研究》实验提要 实验课题及任务 《光的色散研究》实验课题任务是:当入射光不是单色光并且入射到三棱镜上时,虽然入射角对各种波长的光都相同,但出射角并不相同,表明折射率也不相同。对于一般的透明材料来说,折射率随波长的减小而增大。如紫光波长短,折射率大,光线偏折也大;红光波长长,折射率小,光线偏折小。折射率n 随波长λ又而变的现象称为色散。 学生根据自己所学的知识,并在图书馆或互联网上查找资料,设计出《光的色散研究》的整体方案,内容包括:写出实验原理和理论计算公式,研究测量方法,写出实验内容和步骤,然后根据自己设计的方案,进行实验操作,记录数据,做好数据处理,得出实验结果,写出完整的实验报告,也可按书写科学论文的格式书写实验报告。 设计要求 ⑴ 通过查找资料,并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书,了解仪器的使用方法,找出所要测量的物理量,并推导出计算公式,在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵ 选择实验的测量仪器,设计出实验方法和实验步骤,要具有可操作性。 ⑶ 掌握用分光计测定三棱镜顶角和最小偏向角的原理和方法,并求出物质的折射率。 ⑷ 用分光计观察谱线,并测定玻璃材料的色散曲线λ~n ; ⑸ 应该用什么方法处理数据,说明原因。 ⑹ 实验结果用标准形式表达,即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。 实验仪器 给定分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞灯、钠光灯 实验提示 最小偏向角min δ。与入射光的波长有关,折射率也随不同波长而变化。折射率n 与波长λ之间的关系曲线称为色散曲线。本实验以高压汞灯为光源,各谱线的波长见附录。用汞灯的光谱谱线的波长作为已知数据,测量其通过三棱镜后所对应的各最小偏向角,算出与min δ对应的n 值,在直角坐标系中做出三棱镜的λ~n 色散曲线。用同一个三棱镜测出钠光谱谱线的最小偏向角,计算相对应的折射率,用图解插值法即可在三棱镜的色散曲线上求出钠光谱谱线的波长。 教师指导(开放实验室)和开题报告1学时;实验验收,在4学时内完成实验;

大学物理实验设计性实验液体折射率测定

评分:大学物理实验设计性实验实验报告 实验题目:液体折射率测定 班级: 姓名:学号: 指导教师:

《液体的折射率测定》实验提要 实验课题及任务 《液体的折射率测定》实验课题任务方案一:光从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象,当入射击角为某一极值(掠射)时,会产生一特殊的光学现象,能同时看到有折射光和无折射光的现象,就可以实现液体折射率的测量。 学生根据自己所学的知识,并在图书馆或互联网上查找资料,设计出《液体的折射率测定》的整体方案,内容包括:(写出实验原理和理论计算公式,研究测量方法,写出实验内容和步骤),然后根据自己设计的方案,进行实验操作,记录数据,做好数据处理,得出实验结果,按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。 设计要求 ⑴通过查找资料,并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书,了解 仪器的使用方法,找出所要测量的物理量,并推导出计算公式,在此基础上写出该实验的实验原理。 ⑵选择实验的测量仪器,设计出实验方法和实验步骤,要具有可操作性。 ⑶测量5组数据,。 ⑷应该用什么方法处理数据,说明原因。 ⑸实验结果用标准形式表达,即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。 实验仪器 分光仪、钠光灯、毛玻璃与待测液体 实验提示 掠入射法测介质折射率的原理如图示3-1所示。将待测介质加工成三棱镜,用扩展光源(用钠光灯照光的大毛玻璃)照明该棱镜的折射面AB,用望远镜对棱镜的另一个折射面AC进行观测。在AB界面上图中光线a、b、c的入射角依次增大,而c光线 i。在棱镜中再也不可能有折射角为掠入线(入射角为 90),对应的折射角为临界角 c i的光线。在AC界面上,出射光a、b、c的出射角依次减小,以c光线的出射角大于 c 'i为最小。因此,用望远镜看到的视场是半明半暗的,中间有明显的明暗分界线。证

实验十四 用掠入射法测定液体的折射率

实验十四用掠入射法测定液体折射率 [实验目的] 1、了解分光计的结构,掌握调节和使用分光计的方法; 2、掌握用掠入射法测定液体的折射率。 [实验仪器与用具] 分光计(JJY1’)、等边三棱镜、钠光灯(Gp20Na)、水、酒精、读数小灯、毛玻璃,毛玻璃屏,小烧杯(2个),滴管(2支)。 [仪器介绍] 分光计是一种常用的的光学仪器,实际上就是一种精密的测角仪。在几何光学实验中,主要用来测定棱镜角、光束的偏向角等等,而在物理光学实验中,加上分光元件(棱镜、光栅)即可作为分光仪器,用来观察光谱,测量光谱线的波长等。下面介绍JJY1’型分光计的结构原理和调节方法。 一、分光计的结构 分光计主要由底座、望远镜、准直管、载物台和刻度盘等几部分组成,每部分均有特定的调节螺钉,图(一)为JJY型分光计的结构外型图。 图(一)JJY型分光计的结构示意图 1-平行光管狭缝锁紧螺钉;2-平行光管狭缝装置;3-平行光管狭缝调节螺钉;4-平行光管倾斜度调节螺钉;5-平行光管水平方向调节螺钉;6-平行光管,7-载物台锁紧螺钉;8-载物台;9-载物台调平螺钉; 10-望远镜;11-望远镜目镜锁紧螺钉;12-望远镜目镜调焦手轮;13-小电珠;14-望远镜倾斜度调节螺钉; 15-望远镜水平方向调节螺钉(背面);16-游标盘;17-转座水平方向微调螺钉(背面);18-游标;19-刻度盘;20-底座;21-转座与刻度盘锁定螺钉;22-转座;23-望远镜止动螺钉(背面);24-游标盘微动螺钉; 25-游标盘止动螺钉 1、分光计的底座要求平稳而坚实。在底座的中央固定着中心轴,刻度盘和游标内盘套在中心轴上,可以绕中心转轴旋转。 2、准直管固定在底座的立柱上,它是用来产生平行光的。准直管的一端装有消色差物镜,另一端装有狭缝的套管,狭缝的宽度可在0.02~2mm范围内改变。 3、望远镜安装在支臂上,支臂与转座固定在一起,套在主刻度盘上,它是用来观察目标和确定光线进行方向的。常用的阿贝式目镜其结构和目镜视场如图(二)所示。

非对称平板波导色散曲线求解(附matlab程序)

光波导理论与技术第一次作业 题目:非对称平板波导设计 姓名:王燕 学号:201321010126 指导老师:陈开鑫 完成日期:2014 年03 月10 日

一、题目 根据以下的平板光波导折射率数据: (1)作出不同波导芯层厚度h (015h m μ<<)对应的TE 模式与TM 模式的色散图; (2)给出满足单模与双模传输的波导厚度范围; (3)确定包层所需的最小厚度a 与b 的值。 二、步骤 依题意知,平板波导参数为:537.11=TE n ,510.12=TE n ,444.13=TE n ; 530.11=TM n ,5095.12=TM n ,444.13=TM n 。其中321n n n 、、分别代表芯心、上包层、下包层相对于nm 1550=λ光波的折射率。 在实际应用中,平板波导的有效折射率N 必须12n N n <<才能起到导光的作用。经过推导,非对称平板波导的色散方程为: 2 212 3 22 212 2 22 2 1 0arctan arctan N n n N N n n N m N n h k --+--+=-π (TE 模) 2 212 3 22 32 12212 222 2 2 1221 0arctan arctan N n n N n n N n n N n n m N n h k --+--+=-π (TM 模) 非对称平板波导光波模式截止时对应的芯层厚度为: (TE 模) 22 21 02 22123 222 2 2 1arctan n n k n n n n n n m h c ---+= π22 2102 2 2 132 22arctan n n k n n n n m h c ---+= π (TM 模) 非对称平板波导上下包层的最小透射深度为:

掠入射法测量棱镜的折射率实验报告

、实验名称:掠入射法测量棱镜的折射率 二、实验目的: 掠入射法测定棱镜的折射率。 三、实验器材: 分关计、钠光灯(波长打=589.3nm )、棱镜、毛玻璃。 四、实验原理: 如图所示为掠入射法。用单色扩展光源照射到棱镜AB面上,使扩展光源以 约90角掠入射到棱镜上。当扩展光源从各个方向射向AB面时,以90入射的光线的内折射角最大,为i2max,其余入射角小于90的,折射角必小于i2max,出射角必大于i lmin,而大于90的入射光不能进入棱镜。这样,在AC侧面观察时,将出现半明半暗的视场。明暗视场的交线就是入射角i^ 90的光线的出射方向。可以证明: 掠入射法 五、实验步骤: 1、由于扩展光源辐射进棱镜的入射角度具有一定的范围,因此在AC出射面观察出射光时,可看到入射角满足hmin < i^::90的入射光线产生的各种方向的出射光

形成一个亮区,存在两条明暗交界线。合理摆放钠光灯光源与棱镜入射面的位置,在望远镜中找出这个亮区。 2、旋转载物台,使入射到棱镜入射面的光线越来越少,当光源只有入射角约90"的入射光线射入棱镜,望远镜中观察到的视场将由亮区慢慢收窄成为一条清晰的细亮线,此时的亮线就是入射角i^ 90的光线的出射方向。记录此时亮线的角度 i lmin o 3、测量棱镜的顶角:?,计算棱镜折射率。 六、实验数据记录 棱镜顶角的测量数据 最小出射角测量数据 七、数据处理:

1、由棱镜顶角的测量数据可得: 干 59.515 能湎 6016 5 9.5°2 =59.5;38 4 2、测量不确定度 1(59.538,—59.5l5: +(59.538—59.537^ +(59.5:38 —60:16彳 +(59.5始8"—59.5^025 =0;4' 所以:一:—:.=59.538.04' 3、由最小出射角测量数据可得: 39.518' 3902' 3906'嘶08' = 3928' sin : 所以 n =n - n =1.59 — 0.07 平均值 Aa = 迟(X —X i J i 丄 所以hmin -kmin 二'■ i 1min =3928'二 O'4' 4、由 cos t " sin i 1min 可得: 平均值1min 2 cos 。+si n imin cos59.5‘38”sin39‘28' 丫 ;n :: sina 丿 sin 59.538 1 : 1.59 于也爲 <^1min = 0.07

棱镜的角度和色散测量

实验2三棱镜的角度与色散测量 报告人同组实验者时间 实验目的: 1.了解分光仪的构造原理,学会正确使用分光仪 2.掌握棱镜角度测试的原理和方法 3.了解光的折射与棱镜色散现象 一、实验仪器: 分光仪、汞灯、三棱镜、LED(红、绿、黄) 二、实验原理: 1.分光仪的结构 可用来测量各种光之间的角度。其基本原理是,让光形成一束平行光线,经光学元件反射或折射后,通过目镜观察和测量各光线的偏向角度。 2.分光仪的调整 1)调望远镜对向无穷远,此时反射镜应正直地放在物台上。放反射镜时应使反射面压住一只支撑螺钉,且与另两只支撑螺钉的连线垂直; 2)调望远镜光轴垂直于仪器转轴 3.角度测量原理: 用分光仪测量棱镜顶角可采用两种方法(见下 图): 用望远镜依次对准夹棱镜顶角的两个面(要转动 望远镜不要转动载物台),使得返回的十字像在分划板 上重合(说明自准直望远镜已经垂直于被测的面),记 录下望远镜的两个角度读书,望远镜转过的角度与顶 角互补。 使待测顶角对向平行光管,望远镜依次观察由两个面反射的狭缝像,记录下望远镜的两个角度读书,望远镜转过的角度为顶角的两倍。 4. 最小偏向角法原理: 如图所示三棱镜的截面,P顶点,两边是透光的光学表面,又称折射面,夹角α称为三棱镜的顶角。假设某一波长的光线AB入射到棱镜中,经过两次折射后沿DE方向射

出,则入射线AB与出射线δ称为偏向角。由图中几何关系,偏向角δ=∠FBD+∠ FDB=I 1-I 2 ’-α,因为顶角α满足α=I 1 ’-I 2 ,对于给定的三棱镜来说,角α是固定的,δ 随I 1和I 2 ’而变化。其中I 2 ’与α,n (棱镜折射率),I 1 依次相关,当I 1 变化时,偏向角 δ有一极小值,称为最小偏向角。 三、实验步骤及现象 1.调整分光仪: 调望远镜对像无穷远,此时反射镜应正直地放在载物台上。放反射镜时应使反射面压住一只支撑螺钉,且与另两只连线垂直; (1)目测粗调,用眼睛从仪器侧面观察,使望远镜光轴、平行光管光轴与载物台面均大致垂直于仪器主轴; (2)旋转目镜内筒,使目镜看到清晰的分划板; (3)在载物台上放上反射平面镜,开启照明灯,缓慢转动小平台,找到反射像(“+” 字)后,伸缩目镜套筒使之最清晰; (4)调节望远镜光轴垂直于分光计主轴,将小平台旋转180度,仍能看到反射像,若两反射像位于目标位置同一侧,则先调望远镜的高低,把离目标较近的那个“+” 字像先调整好,若两反射像位于目标位置异侧,则采用各半调节法,先调节小平台前后螺丝,是像与目标位置距离缩小一半,在调节望远镜使之与目标位置重合;(需要进行多次调节) (5)将反射镜转过90度后重复步骤(4); (6)对平行光管进行调焦,打开汞灯,伸缩平行光管套筒使在望远镜中能看到清晰地狭缝像; (7)调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴,将望远镜对准狭缝的像,使狭缝转过90度调节平行光管下的倾度调节螺丝,使狭缝像位于分划板中心线上,然后将平行光管狭缝调回垂直状态; (8)视差的调节,从目镜进行观察,左右晃动眼睛,观察“+”字像与分划板是否存在相对移动,若存在则调节高斯目镜。 2. 放置三棱镜: 使棱镜待测角A的一个边与载物台水平调整脚(Z1、Z3)的连线垂直,这样在调Z2时,棱面AB的状态可以保持不变。分光仪的载物台上有刻线标志,可以帮助正确安置棱镜。

5-6掠入射法测量棱镜的折射率

物理实验报告 年级专业: 姓名: 学号: 组别: 一、实验名称:掠入射法测量棱镜的折射率 二、实验目的:掌握用掠入射法测定棱镜的折射率的方法 三、实验器材:分光计、双面镜、钠光灯(波长nm 3.5890=λ)、棱镜、毛玻璃。 四、实验原理: 1.绝对折射率 光从真空射入介质发生折射时,入射角i 与入射角r 的正弦之比n 叫做介质的绝对折射率,简称折射率。它表示光在介质中传播时,介质对光的一种特征。由于光在真空中传播的速度最大,故其他媒质的折射率都大于1.同一媒质对不同波长的光,具有不同的折射率,在对可见光为透明的媒质内,折射率常随波长的减小而增大,即红光的折射率最小,紫光的折射率最大。 2.相对折射率 光从介质1射入介质2发生折射时,入射角1θ与折射角2θ的正弦之比21n 叫做介质2相对介质1的折射率,即相对折射率。因此,绝对折射率可以看作介质相对真空的折射率。它是表示两种(各向同性)介质中光速比值的物理量。 如图所示为掠入射法。用单色扩展光源照射到棱镜AB 面时,以90°入射的光线的内折射角最大,为 max _2i ,其余入射角小于90°的,折射角必小于 max _2i ,出射角必大于 min _1'i ,而大于90° 的入射光不能进入棱镜。这样,在AC 侧面观察时,将出现半明半暗视场。明暗视场的交线就是 入射角 901=i 的光线的出射方向。 由折射定律可知折射率max _2sin 1 i n = ,即 n i 1 sin max _2= ,由几何知识得:A i i =+2' max _2, 即 max _22'i A i -=。 而 m a x _2m a x _2m i n _1'm a x _2m i n _1'2'm i n 1's i n c o s c o s s i n s i n )s i n (s i n s i n s i n i A i A i i A i i i n -= -== 则 n A n A i n cos 11sin sin 2min _1'--?= ? A n A i cos 1sin sin 2 min _1'--?= 即1)sin sin cos (2 min _1'++=A i A n

棱镜和光的色散

棱镜和光的色散 目标定位: 1.了解光的色散现象,知道白光可分解为七种色光。(重点) 2.了解光的三原色和颜料的三原色,以及色光的混合与颜料的混合是不同的。 3.知道红外线、紫外线都是人眼看不见的光。了解红外线、紫外线的应用。(难点) 4. 了解三棱镜对光的作用, 学习过程: 一、自主学习 (一)、结合学习目标,阅读教材P64-P66, (二)、导学练习(再结合文本独立完成下列练习) 1. 温故知新:光的折射定律: :光从一种介质斜射入另一介质时传播方向会发生光折射时,折射光线入射光线法线在;折射光线和入射光线法、分别位于。入射角增大时,折射角。○1光从空气斜射到水或玻璃表面时,折射角 入射角,折射光线法线。○2光从水中斜射入空气中,折射光线将法线,折射角入射角。光垂直射到水或玻璃的表面时,在水和玻璃中的传播方向。折射光路是的。 2.预习:白光是光,它由,,,,, ,七种颜色的光组成。 二、探究学习(学生先对每一个题目进行独立思考后,才进行小组内的交流讨论)(一)、棱镜和玻璃砖对光线的作用 1.玻璃砖对光线的作用。观察实验完成光路图 2. 棱镜对光线的作用,观察实验完成光路图 3.结论:○1光线经玻璃砖后折射光与入射光,且位置偏 ○2光线经棱镜后,折射光向偏折 (二)光的色散 观看多媒体,进行回答。 1.白光经三棱镜折射后,分解成,,,,,, 七种颜色的光。说明白光是光。这一现象叫光的 2.光的三基色是,,,其他颜色的光都是可由三基色混合而成。 3.颜料的三原色是,,。其他颜料的颜色都可由三原色调配而成。 (三)物体的颜色 1.透明物体的颜色由决定,比如红色的玻璃只能透过红色的光。 2.不透明物体的颜色由决定,比如红色的衣服只能反射红色的光。

用掠入射法测液体折射率

用掠入射法测液体折射率 光信息科学与技术 摘要:本文采用类似阿贝折射仪中的掠入法测液体折射率原理,通过分光计望远镜可观察到由光线掠入射造成的明显的半明半暗视野以此测量90度入射液体并通过三棱镜的光线的偏转角并由此得到液体折射率。 关键字:掠入射法 分光计 液体折射率 引言: 在食品、化工、医药等生产部门,生产过程中经常要检测液体的浓度,大多数液体的折射率和浓度有一定的关系。液体折射率常用阿贝折射计进行测量, 虽阿贝折射计测量精度高但必须有专门仪器,本实验利用分光计及三棱镜等实验室常见仪器采用类似原理进行测量,仪器普通、测量简捷、准确度较高在学习,研究与生产方面均具有一定的意义 原理简述: 测量液体折射率之前我们必须先测出使用的三棱镜的顶角及折射率,再测量液体的折射率,两者折射率测量原理大体相似,三棱镜的顶角测量在基本物理实验中已经做过,测出不再赘述,首先介绍三棱镜折射率的测量原理,掠入射法测三棱镜折射率的原理如图21所示。如图1摆好实验仪器,用扩展光钠光灯源(用钠光灯照亮的毛玻璃)照明该棱镜的折射面AB ,用望远镜对棱镜的另一个折射面AC 进行观测。在AB 界面上图中光线a 、b 、c 的入射角依次增大,而c 光线为掠入线(入射角为?90),对应的折射角为临界角,用望远镜看到的视场是半明半暗的,中间有明显的明暗分界线整体移动分光计或刻度盘使钠光灯大体位于AB 光学面的延长线上,用眼睛在出射光的方向找到一个明暗相间的分界线,再将望远镜转至该方位—望远镜看到的视场是半明半暗的,中间有明显的明暗分界线,使竖直“+”字叉丝对准明暗相间的分界线,将刻度盘固定记下左右游标读数1i 和2i 。记下转动望远镜AC 面的法线位置,记下两游标读数3i 和4i ,从而可求光线经过三棱镜的最小出射角i 。在棱镜中再也不可能有折射角大于c i 的光线。在AC 界面上,出射光a 、b 、c 的出射角依次减小,以c 光的入射角为?90,出射角'i 为最小,称为极限角。因此,用用望远镜看到的视场是半明半暗的,中间有明显的明暗分界线。再根据几何光学的计算便可得出折射率,推导如下:如图2所示,设其中棱镜的折射率n 与棱镜顶角A 、最小出射角? 。 当一束光以入射角i 射入三棱镜一光面上,由光折射定律可得:

清华大学分光计实验报告

大学物理实验报告 分光计的调节和色散曲线的测定

实验名称:分光计的调节和色散曲线的测定 【实验目的】 (1)了解分光计的原理与构造,学会调节分光计; (2)用最小偏向角法测定玻璃折射率; (3)掌握三棱镜顶角的两种测量方法。 一、分光计的调节及其原理 (1)分光计的主要装置:望远镜,小平台,度盘,平行光管氦光谱管主要配件:三棱镜,平面镜 分光计外形如图1 (2)分光计的调节 先进行粗调,通过自己的感觉,调整使得望远镜,小平台,平行光管与度盘平面平行,且小平台高度应与望远镜和平行光管下部齐平(为使得之后三棱镜放置位置合适,能够折射平行光管发出的光) 粗调好后

○1望远镜的调节:望远镜内部构造如图2 1.接通图1-10下方小灯,从望远镜目镜观察图2-6处出现绿光,调节图2-7装 置使得能看清图2-3中“”形 2.往小平台上放置一个平面 镜正对望远镜物镜且与载 物台调平螺钉中的两个的 连线平行,微微调节图1-14 找到较强绿光闪现位置,调 节1-12装置使得该绿光出 现在视野中央,调节1-9装 置使得其成像清晰,如图 2-8所示,再调1-12将其置于2-8所处位置并调整1-9使其消除视差。此时望远镜已经适于观察平行光。 ○2细调望远镜⊥分光计主轴 将小平台旋转180°后捕捉到另一个2-8所示的像,但是此时该像并不在2-8所处位置(若还在该位置,则此时小平台和望远镜⊥分光计主轴),此时先调节小平台连线与平面镜平行的螺钉,使像与目标位置距离缩短与目标位置距离的一半,再通过调节1-9使其达到目标位置;再将小平台旋转180°,重复上述操作,直至像始终在2-8位置。此时望远镜⊥分光计主轴。 ○3调节平行光管 1.调节平行光管发出平行光 通过望远镜观察平行光管,调节1-28使得狭缝像应是一条轮廓清楚的窄长条,而不是边缘模糊的亮条;狭缝像应与叉丝无视差;狭缝宽度应合适,实验中缝像约1mm宽即可。 2.调节平行光管光轴⊥分光计主轴

分光计的调节和色散曲线的测定-实验报告

分光计的调节和色散曲线 的测定 实验报告

一. 实验目的 1. 了解分光计的原理与构造,学会调节分光计; 2. 用最小偏向角发测定玻璃折射率; 3. 掌握三棱镜顶角的两种测量方法。 二. 实验原理 1. 分光计的结构及调节原理 (1) 望远镜 分光计中采用的是自准望远镜。它由物镜、叉丝分划板和目镜组成,分别装在三个套臂上,彼此可以相对滑动以便调节。中间的一个套筒里装有一块分划板其上刻有“”形叉丝,分划板下方紧贴着一个侧面是等腰直角三角形的小棱镜,小棱镜与分划板贴合的面上刻了一个空心十字形,绿色小灯从小棱镜另一个直角面射入,从空心十字形中射出(透出的就是一个绿色十字形)。如果叉丝平面刚好在物镜的焦平面上,则从小灯射出的绿光经过棱镜的全反射后,从物镜(凸透镜)中会射出平行光。在物镜前方放一面反射镜,将绿光反射回来,则反射光(仍为平行光)进入物镜后还将汇聚在焦平面——即叉丝平面 上。此时通过目镜就能观察到叉丝平面上清晰的“”形和绿色十字,且不会有视差。这就是用自准法调节望远镜适合于观察平行光的原理。如果望远镜光轴与平面镜的法线平行,在目镜里看到的绿色十字形应该与“ ”形叉丝的上交点重合。 (2) 平行光管 平行光管由狭缝和透镜组成。狭缝和透镜之间距离可以通过伸缩狭缝套筒来调节。只要将狭缝调到透镜的焦平面上,则从狭缝发出的光经透镜后就成为平行光。狭缝的刀口是经过精密研磨支撑的,为避免损伤狭缝,只有在望远镜中看到狭缝像的情况下才能调节狭缝的宽度。 (3) 刻度盘

分光计的刻度盘垂直于分光计主轴并且可绕主轴转动。为消除刻度盘的偏心差,采用两个相差180°的窗口读数。刻度盘的分度值为0.5°,0.5°以下则需用游标来读数。游标上的30格与刻度盘上的29格相等,故游标的最小分度值为1′。 2.用最小偏向角法测玻璃的折射率 一束平行单色光入射到三棱镜的AB面,经折射后由另一面AC射出,如图所示。入射光和出射光的夹角?成为偏向角。可以证明,当入射角i等于出射角i′时,入射光和出射光之间的夹角最小,称为最小偏向角δ。 从图可以看出,Δ=(i?r)+(i′?r′)。当i=i′时,由折射定律有r=r′。这时用δ替代Δ得:δ=2(i?r)。又因为r+r′=2r=π?G=π?(π?A)=A,所以r=A/2。联立两式得: i=A+δ2 由折射定律有: n=sini sinr = sin A+δ 2 sin A 2 由上式可知,只要测出三棱镜顶角A和最小偏向角δ,就可以计算出棱镜玻璃对该波长的单色光的折射率n。 3.色散及色散曲线的拟合 当入射光不是单色光时,虽然入射角对各种波长的光都相同,但出射角并不相同, 表明折射率也不相同。对于一般的透明材料来说,折射率随波长的减小而增大。如λ 紫 < λ红,故n 红

初中物理 第12单元:棱镜、光的色散、实验

第12单元:棱镜、光的色散、实验 一、黄金知识点: 1、棱镜、全反射棱镜; 2、平行透明板对光路的作用; 3、折射率与波长波速的关系; 4、光的色散; 5、实验:测玻璃砖的折射率; 二、要点大揭密: (一)棱镜、全反射棱镜: 1、三棱镜: (1)横截面为三角形的三棱柱透明体。有正三棱镜、等腰直角三棱镜等。 (2)棱镜对光线的偏折规律:光线向低面偏折,虚象向顶角偏移(注意:顶角、底面是相对于入射光线和折射光线的位置而言的) 2、全反射棱镜: (1)光线垂直于等腰直角三棱镜的一边入射时将在另一侧面上发生全反射, 故此玻璃三棱镜称为全反射棱镜。 (2)全反射棱镜既能使光路发生900偏斜,也能使光线1800全反射折回。 (3)应用:作反射镜改变光的传播方向。其效率和清晰度都优于平面反射镜。 (二)平行透明板对光路的作用: 1、平行透明板对光路的改变作用是侧移,侧移量的大小与入射角有关,与透明板 的厚度有关,与透明板的折射率有关,这些量越大,侧移量越大。 2、平行透明板对光线的方向没有影响,出射光线和原入射光线保持平行关系。 (三)折射率与波速、波长,频率与光的颜色之间的关系。 1、折射率与波长、波速之间的关系: 当光从真空进入介质时,频率不变,波速减小,因而波长也减小(满足v=λf ),在同一介质中,频率大的光波速小、波长短。 2、光的颜色由光的频率决定,从红光到紫光,光的频率依次增加,在同一介质中,波长依 次变短。 (四)光的色散: 1、一束白光通过三棱镜后入射光变为红橙黄绿蓝靛紫七色光的现象,称为光的色散。 2、光的色散现象一方面说明白光是由上述七种单色光复合而成的复色光;另一方面说明玻璃(包括其他各种透明物质)对不同单色光的折射率不同,即同一种介质对红光折射率

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