大学物理实验思考题解答说课材料.doc

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用分光计测棱镜玻璃的折射率

[预习思考题]
1.分光计主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？为什么要设置一对游标？
2. 什么是最小偏向角？利用最小偏向角法测棱镜折射率的公式是什么？
3. 望远镜调焦至无穷远是什么含义？为什么当在望远镜视场中能看见清晰且无视差的绿十字像时，望远镜已调焦至无穷远？
答：望远镜调焦至无穷远是指将望远镜的分划板调至其物镜的焦面位置上，使从无穷远处射来的光线、即平行光会聚于分划板上。
根据薄透镜近轴成像与光线反射的原理，当从分划板下方的透明十字中出射的光线经物镜折射与平面镜反射后能清晰且无视差地成像于望远镜的视场中（即成像于分划板上）时，分划板必处于望远镜物镜的焦面位置上，故此时望远镜已调焦至无穷远。
4.为什么当平面镜反射回的绿十字像与调节用叉丝重合时，望远镜主光轴必垂直于平面镜？为什么当双面镜两面所反射回的绿十字像均与调节用叉丝重合时，望远镜主光轴就垂直于分光计主轴？
答：调节用叉丝与透明十字位于分划板中心两侧的对称位置上。根据薄透镜近轴成像与光线反射的原理，要使平面镜反射回的绿十字像与调节用叉丝重合，则与望远镜出射平行光平行的副光轴和与平面镜反射平行光平行的副光轴必须与望远镜主光轴成相等的角且三轴共面。要达到此要求，平面镜的镜面就必须垂直于望远镜主光轴。
当双面镜两面所反射回的绿十字像均与调节用叉丝重合时，仪器系统必同时满足以下条件：①双面镜的镜面平行于载物台转轴，即分光计主轴；②望远镜的主光轴垂直于双面镜的镜面。根据立体几何的知识易知，此时望远镜的主光轴必垂直于分光计主轴。
5.为什么要用“二分法”调节望远镜主光轴与分光计的主轴垂直？
答：事实上，调望远镜主光轴与分光计主轴严格垂直的方法不止一种，用“二分法”调节的优点在于快捷。可以证明，用“二分法”调节可以迅速地使双面镜的镜面平行于分光计主轴（实际操作中一般只需调两三次就可实现），同时在调节中又始终保持望远镜主光轴与双面镜镜面垂直，从而使调节工作迅速方便地完成。
6.如何测量最小偏向角？
答：略（详见教材）。

[实验后思考题]
⒈通过实验，你认为分光计调节的关键在何处？
答：主观题，请学生自答。
⒉能否直接通过三棱镜的两个光学面来调望远镜主光轴与分光计主轴垂直？
答：不能。原因如下。
我们通过调节载物台面与望远镜的倾斜度总可以把仪器系统调整到如图所示的状态。图中，E为分光计主轴OO/上的任一点，EF、EQ分别为E点到三棱镜两光学面A/ACC/与A/ABB/的距离；θ1、θ2分别为EF、EQ与OO/轴的夹角， 且θ1=θ2≠90°；望远镜主光轴∥EG。容易证明，在此状态下，望远镜的主光轴首先⊥A/ABB/面，而当三棱镜随载物台转过φ角（即EF与EG的夹角）后，A/ACC/面就转至与先前A/ABB/面平行或重合的位置 ，此时望远镜的主光轴又⊥A/ACC/面。由此可见，在三棱镜随同载物台转动φ角前后，三棱镜两光学面反回的绿十字像都与调节用叉丝重合，但此时，望远镜的主光轴显然不垂直OO/轴。
载物台面
望远镜主光轴

分光计主轴
Ｏ
Ｏ／
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ａ／
Ｂ／
Ｃ／
Ｆ
Ｇ
Ｅ
望远镜

⒊ 分光计的双游标读数与游标卡尺的读数有何异同点？
答：分光计的双游标读数与游标卡尺的读数在读数方法上完全一致，所不同的是：游标卡尺的读数直接就是测量的结果，但分光计的双游标读数则不然。首先，从分光计游标上读取的数据只是代表某一光线或某一直线的空间方位角，而非测量结果----某一光线或某直线的转角、或是两光线或两直线的夹角，测量结果是游标两次读数之差的绝对值。其次，为消除分光计由于制造所带来的偏心差，须取两个游标各自测量结果的算术平均值作为最终的测量结果。
另外，对分光计的读数还应注意以下两个问题：
① 分光计度盘的最小分度值为0.5°，故在读数时应看清游标零线过没过
度盘上的半度线。若过半度线，则读数要加30′，反之则不加。
② 由于分光计度盘上的0°与360° 线重合，所以若某一游标的两次读
数位置恰好位于0°线两侧，则该游标两次读数之差的绝对值不能作为测量结果（详因见教材），此时，须用360°减去该数值，所得差值即为测量结果。
⒋ 转动望远镜测角度之前，分光计的哪些部分应固定不动？望远镜应和
什么盘一起转动？
答：转动望远镜测角度之前，载物台与游标盘都应被锁紧，使它们不能被
转动。测量时，望远镜应和度盘一起转动。
5.利用最小偏向角法测折射率时，入射角为什么从开始，由大到小变化？如果入射角很小会发生什么现象？
6.利用最小偏向角法测折射率时，对棱镜顶角的大小有什么限制吗？为什么？
7.为何作自准调节时,要以视场中的上十字叉丝为准，而调节平行光管时，却要以中间的大十字叉丝为准?
8.测棱镜折射率时，应把三棱镜如何放置在载物台上，为什么这样放?
9.在调整分光仪时，若旋转载物平台，三棱镜的AB、AC、BC三面反射回来的绿色小十字像均对准分化板水平叉丝等高的位置，这时还有必要再采用二分之一逐次逼近法来调节吗？为什么？
10.在已调好望远镜光轴与分光计转轴垂直以后，拧载物台的螺丝，会不会破坏这种垂直性？
11.在实验中，如何来调整测量最小偏向角的位置？若位置稍有偏离带来的误差对实验结果影响如何？为什么
12.若三棱镜的放置相对于望远镜偏低，对测量有无影响？
13.调节分光计所用的反射平面镜可否两面镀铝？

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