分光計最小偏向角法測量方案及其誤差產(chǎn)生原因與改進

王 敏

（東南大學吳健雄學院2011 級,南京,211189）

0 引言

在使用分光計測量最小偏向角的傳統(tǒng)方法中，還存在一些不足之處，通過對這些不足之處進行多方面的分析研究，可以對最小偏向角的測量方法進行改進。在對這種經(jīng)過改進的新型的最小偏向角測量方法的證明實驗中，我們成功測量出了某種三棱鏡的最小偏向角。從實驗中可以看出，改進后的分光計最小偏向角的測量方法在一定程度上降低了對實驗操作的要求，使測量準確度得到了相應的提高。

1 使用分光計測量三棱鏡折射率的實驗原理

在實驗中所使用的分光計（包括低壓汞燈）來自上海理工大學附屬工廠，規(guī)格為FGY-01，測量精度為1 分。在用最小偏向角法測量棱鏡材料的折射率之前，我們要先調(diào)節(jié)分光計，使其達到實驗所需要的標準。在調(diào)節(jié)過程中，使分光計的平行光管發(fā)出平行光，將望遠鏡調(diào)焦至無窮遠，使望遠鏡中的光軸達到“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，在對其進行實驗測量的過程中，必須要先找到最小偏向角的方位角，找到后才能對入射光線的方位角進行測量。但是在實際實驗的過程中，我們在對入射光線的方位角進行測量的時候，大多情況下會受到外在因素的干擾，這為測量過程的順利進展增加了不少的難度，甚至有時候會導致入射光線的方位角無法測量。這些不足之處大多是由于載物臺高度的問題導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，我們可以通過兩種途徑來解決相關(guān)問題。其一，我們可以把載物臺上的三棱鏡拿掉，但是，三棱鏡的位置一旦被改變了，那我們原先對分光計進行的一些改變和調(diào)整就會不再適用。其二，就是降低分光計載物臺的高度，因為在分光計的轉(zhuǎn)軸和載物臺的轉(zhuǎn)軸之間有縫隙的存在，所以，在我們對分光計的載物臺降低高度后，就會對原本已經(jīng)調(diào)試好的分光計造成破壞。這兩種方法都需要我們在對入射光線偏向角重復測量的時候?qū)Ψ止庥嬛匦逻M行調(diào)試，否則就會產(chǎn)生極大的誤差，直接導致測量實驗失敗。

在這個測量方法中，我們需要對三棱鏡進行三次重新擺放和重復測量，因為三棱鏡的三次擺放位置不可能被擺放絲毫不差，肯定會發(fā)生一些變化，所以，分光計的轉(zhuǎn)軸和三棱鏡的主截面之間不再會相互垂直。

3 有關(guān)測量方法的改進

根據(jù)上面的分析結(jié)果，我們對有關(guān)測量方法進行改進。

緊固螺絲可以對游標盤和載物臺以及刻度盤和望遠鏡之間進行固定。對于單色光而言，當入射角增大時，光線向分劃板邊緣移動，當入射角改變到某一值時，光線突然反向移動，該點為臨界點，對應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結(jié)論：

4 結(jié)束語

在對三棱鏡最小偏向角進行測量的過程中，我們使用改進后的測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)過改進后的最小偏向角的測量方法完全可以滿足實驗的相關(guān)要求，對載物臺進行固定，然后通過對游標盤以及望遠鏡進行轉(zhuǎn)動來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而導致實驗出現(xiàn)極大誤差的情況發(fā)生，可以對三棱鏡AB 以及AC 兩個光面上的最小偏向角進行同時測量。在這組測量的過程中，對其進行重復多次的測量都不會對已經(jīng)調(diào)好的分光計造成破壞，在一定程度上為實驗提供了方便，也能獲得更加精準的測量結(jié)果。

[1] 陳建方.分光計測量最小偏向角方法的改進[J].淮北煤師院學報(自然科學版)，1999，20(3)：194-195

[2] 曹連振，劉霞，張瑩，甄洪旭，趙加強，逯懷新.分光計測最小偏向角法內(nèi)容的延伸及數(shù)據(jù)處理的改進研究[J].濰坊學院學報，2012,15(4):192-193

[3] 徐弼軍.分光計實驗中最小偏向角測量方法的改進[J].光學儀器，2006,28(2):194-195

[4] 陳余行，馬振斌.最小偏向角法測量NaCl 溶液濃度與折射率[J].實驗科學與技術(shù)，2010，28(12)：187-188

[5] 吳粟英.一種用光柵測定光波波長的方法——最小偏向角法[J].物理實驗，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