分光計(jì)最小偏向角法測(cè)量方案及其誤差產(chǎn)生原因與改進(jìn)

王 敏

（東南大學(xué)吳健雄學(xué)院2011 級(jí),南京,211189）

0 引言

在使用分光計(jì)測(cè)量最小偏向角的傳統(tǒng)方法中，還存在一些不足之處，通過對(duì)這些不足之處進(jìn)行多方面的分析研究，可以對(duì)最小偏向角的測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)。在對(duì)這種經(jīng)過改進(jìn)的新型的最小偏向角測(cè)量方法的證明實(shí)驗(yàn)中，我們成功測(cè)量出了某種三棱鏡的最小偏向角。從實(shí)驗(yàn)中可以看出，改進(jìn)后的分光計(jì)最小偏向角的測(cè)量方法在一定程度上降低了對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的要求，使測(cè)量準(zhǔn)確度得到了相應(yīng)的提高。

1 使用分光計(jì)測(cè)量三棱鏡折射率的實(shí)驗(yàn)原理

在實(shí)驗(yàn)中所使用的分光計(jì)（包括低壓汞燈）來(lái)自上海理工大學(xué)附屬工廠，規(guī)格為FGY-01，測(cè)量精度為1 分。在用最小偏向角法測(cè)量棱鏡材料的折射率之前，我們要先調(diào)節(jié)分光計(jì)，使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需要的標(biāo)準(zhǔn)。在調(diào)節(jié)過程中，使分光計(jì)的平行光管發(fā)出平行光，將望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦至無(wú)窮遠(yuǎn)，使望遠(yuǎn)鏡中的光軸達(dá)到“一平行、一垂直”，即與平行光管在統(tǒng)一的直線上，并且垂直于儀器轉(zhuǎn)軸。

圖1

2 該最小偏向角測(cè)量方法的不足之處

圖2

這種方法在相關(guān)的操作過程中還存在著許多不足之處，在對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量的過程中，必須要先找到最小偏向角的方位角，找到后才能對(duì)入射光線的方位角進(jìn)行測(cè)量。但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)的過程中，我們?cè)趯?duì)入射光線的方位角進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，大多情況下會(huì)受到外在因素的干擾，這為測(cè)量過程的順利進(jìn)展增加了不少的難度，甚至有時(shí)候會(huì)導(dǎo)致入射光線的方位角無(wú)法測(cè)量。這些不足之處大多是由于載物臺(tái)高度的問題導(dǎo)致入射光線被擋住以及三棱鏡的厚度太厚等因素所致。

遇到這種情況時(shí)，我們可以通過兩種途徑來(lái)解決相關(guān)問題。其一，我們可以把載物臺(tái)上的三棱鏡拿掉，但是，三棱鏡的位置一旦被改變了，那我們?cè)葘?duì)分光計(jì)進(jìn)行的一些改變和調(diào)整就會(huì)不再適用。其二，就是降低分光計(jì)載物臺(tái)的高度，因?yàn)樵诜止庥?jì)的轉(zhuǎn)軸和載物臺(tái)的轉(zhuǎn)軸之間有縫隙的存在，所以，在我們對(duì)分光計(jì)的載物臺(tái)降低高度后，就會(huì)對(duì)原本已經(jīng)調(diào)試好的分光計(jì)造成破壞。這兩種方法都需要我們?cè)趯?duì)入射光線偏向角重復(fù)測(cè)量的時(shí)候?qū)Ψ止庥?jì)重新進(jìn)行調(diào)試，否則就會(huì)產(chǎn)生極大的誤差，直接導(dǎo)致測(cè)量實(shí)驗(yàn)失敗。

在這個(gè)測(cè)量方法中，我們需要對(duì)三棱鏡進(jìn)行三次重新擺放和重復(fù)測(cè)量，因?yàn)槿忡R的三次擺放位置不可能被擺放絲毫不差，肯定會(huì)發(fā)生一些變化，所以，分光計(jì)的轉(zhuǎn)軸和三棱鏡的主截面之間不再會(huì)相互垂直。

3 有關(guān)測(cè)量方法的改進(jìn)

根據(jù)上面的分析結(jié)果，我們對(duì)有關(guān)測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)。

緊固螺絲可以對(duì)游標(biāo)盤和載物臺(tái)以及刻度盤和望遠(yuǎn)鏡之間進(jìn)行固定。對(duì)于單色光而言，當(dāng)入射角增大時(shí)，光線向分劃板邊緣移動(dòng)，當(dāng)入射角改變到某一值時(shí)，光線突然反向移動(dòng)，該點(diǎn)為臨界點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的入射角即為最小偏向角。

圖3

由此圖我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：

4 結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)三棱鏡最小偏向角進(jìn)行測(cè)量的過程中，我們使用改進(jìn)后的測(cè)量方法得出了下表中的數(shù)據(jù)：

?

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過改進(jìn)后的最小偏向角的測(cè)量方法完全可以滿足實(shí)驗(yàn)的相關(guān)要求，對(duì)載物臺(tái)進(jìn)行固定，然后通過對(duì)游標(biāo)盤以及望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)尋找最小偏向角的方法可以在一定程度上避免由于三棱鏡位置的變動(dòng)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)極大誤差的情況發(fā)生，可以對(duì)三棱鏡AB 以及AC 兩個(gè)光面上的最小偏向角進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。在這組測(cè)量的過程中，對(duì)其進(jìn)行重復(fù)多次的測(cè)量都不會(huì)對(duì)已經(jīng)調(diào)好的分光計(jì)造成破壞，在一定程度上為實(shí)驗(yàn)提供了方便，也能獲得更加精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果。

[1] 陳建方.分光計(jì)測(cè)量最小偏向角方法的改進(jìn)[J].淮北煤師院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1999，20(3)：194-195

[2] 曹連振，劉霞，張瑩，甄洪旭，趙加強(qiáng)，逯懷新.分光計(jì)測(cè)最小偏向角法內(nèi)容的延伸及數(shù)據(jù)處理的改進(jìn)研究[J].濰坊學(xué)院學(xué)報(bào)，2012,15(4):192-193

[3] 徐弼軍.分光計(jì)實(shí)驗(yàn)中最小偏向角測(cè)量方法的改進(jìn)[J].光學(xué)儀器，2006,28(2):194-195

[4] 陳余行，馬振斌.最小偏向角法測(cè)量NaCl 溶液濃度與折射率[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010，28(12)：187-188

[5] 吳粟英.一種用光柵測(cè)定光波波長(zhǎng)的方法——最小偏向角法[J].物理實(shí)驗(yàn)，1983，27(12)：197-198

[6] Craig,Jessica；Jamieson,Alan J；Heger,Amandine；Priede,Imants G.Distribution of bioluminescent organisms in the Mediterranean Sea and predicted effects on a deepsea neutrino telescope[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A:Acce lerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment,2009,602(1):224-226