16 分光计的调节和介质折射率的测量 实验报告(2)

2018-11-21 23:50

数据记录与处理: 1, 测量顶角α的数据

Φ1 Φ1’ Φ2 Φ2’ 1 238°37’ 58°38’ 118°41’ 298°39’ 2 238°37’ 58°25’ 118°26’ 298°22’ 3 238°28’ 58°21’ 118°25’ 298°22’ 4 238°24’ 58°20’ 118°49’ 298°39’ 5 238°24’ 58°22’ 118°25’ 298°23’ 转化为弧度制, 得到这样的数据:

Φ1 Φ1’ Φ2 Φ2’

2, 测量最小偏向角δmin

Φ1 Φ1’ Φ2 Φ2’ 1 229°39’ 49°48’ 127°58’ 307°56’ 2 229°38’ 49°39’ 127°57’ 307°54’ 3 229°40’ 49°39’ 127°57’ 307°53’ 4 229°39’ 49°47’ 127°56’ 307°54’ 5 229°38’ 49°42’ 127°57’ 307°55’ 1 4.165 1.023 2.071 5.212 2 4.165 1.020 2.067 5.207 3 4.162 1.018 2.067 5.207 4 4.161 1.018 2.074 5.212 5 4.161 1.019 2.067 5.208 转化为弧度制, 得到这样的数据:

Φ1 Φ1’ Φ2 Φ2’

以下数据处理过程中, 为方便计算, 所有角度未加注明, 均为弧度制表示

1 4.008 0.869 2.233 5.374 2 4.008 0.867 2.231 5.374 3 4.008 0.867 2.233 5.374 4 4.008 0.869 2.233 5.374 5 4.008 0.867 2.233 5.374 - 6 -

结果与分析:

根据上一页的数据进行计算, 首先计算棱镜的顶角α: 得到?1、

?1'、 ?2、 ?2'的各自平均值如下:

?1' 1.020 ?1 4.163 ?2 2.069 ?2' 5.210 a?111?2??1??2'??1'??2.096?4.163??6.28?5.210?1.020????2.094?2.09??1.046 444??下面根据各组数据, 分别计算?1、 ?1'、 ?2、 ?2'的各自A类不确定度:

?1的A类不确定度:

xi-avg Δ^2 SUMΔ^2 S s' U 0.002 0.000004156 0.000014764 0.001280791 0.000405022 0.000915349 0.002 0.000004156 t9 -0.001 0.000000336 -0.002 0.000003058 2.26 -0.002 0.000003058 ?1'的A类不确定度:

xi-avg Δ^2 SUMΔ^2 S s' U 0.004 0.000013820 0.000018477 0.001432824 0.000453099 0.001024003 0.000 0.000000003 t9 -0.001 1.49263E-06 -0.002 0.000002306 2.26 -0.001 0.000000856 ?2的A类不确定度:

xi-avg Δ^2 SUMΔ^2 S s' U 0.002 0.000002703 0.000038963 0.002080685 0.00065797 0.001487013 -0.002 0.000003740 t9 -0.002 4.97527E-06 0.005 0.000022570 2.26 -0.002 0.000004975 ?2'的A类不确定度:

xi-avg Δ^2 SUMΔ^2 S s' U

0.003 0.000008455 0.000028235 0.001771213 0.000560107 0.001265841 -0.002 0.000004127 t9 - 7 -

-0.002 4.12725E-06 0.003 0.000008455 2.26 -0.002 0.000003071 总的A类不确定度为:

UA(?)?1UA(?1)2?UA(?1')2?UA(?2)2?UA(?2')2?0.000596867 41UB(?1)2?UB(?1')2?UB(?2)2?UB(?2')2?0.00014544 4B类不确定度:

UB(?)?顶角的合成不确定度:

U(?)?UA(?)2?UB(?)2?0.000614332

顶角的测量结果表达式为:

??1.046?0.001 rad

根据第二部分的数据, 计算该棱镜的最小偏向角δmin: 得到?1、

?1'、 ?2、 ?2'的各自平均值如下:

?1' 0.868 ?1 4.008 ?2 2.233 ?2' 5.374 ?min?111?2??1??2'??1'??2.233?4.008??6.28?5.374?0.868????1.775?1.774??0.88725444??下面根据各组数据, 分别计算?1、 ?1'、 ?2、 ?2'的各自A类不确定度:

?1的A类不确定度:

xi-avg Δ^2 SUMΔ^2 S s' U 0.000 0.000000004 0.000000246 0.000165495 5.2334E-05 0.000118275 0.000 0.000000056 t9 0.000 0.000000127 0.000 0.000000004 2.26 0.000 0.000000056 ?1'的A类不确定度:

xi-avg Δ^2 SUMΔ^2 S s' U

0.001 0.000002119 0.000006248 0.000833205 0.000263482 0.00059547 -0.001 0.000001351 t9 - 8 -

-0.001 0.000001351 0.001 0.000001343 2.26 0.000 0.000000084 ?2的A类不确定度:

xi-avg Δ^2 SUMΔ^2 S s' U 0.001 0.000000417 0.000002613 0.000538827 0.000170392 0.000385086 -0.001 0.000001950 t9 0.000 0.000000122 0.000 0.000000003 2.26 0.000 0.000000122 ?2'的A类不确定度:

xi-avg Δ^2 SUMΔ^2 S s' U 0.000 0.000000216 0.000000435 0.000219939 6.95509E-05 0.000157185 0.000 0.000000012 t9 0.000 0.000000167 0.000 0.000000012 2.26 0.000 0.000000028 总的A类不确定度为:

UA(?min)?1UA(?1)2?UA(?1')2?UA(?2)2?UA(?2')2?0.000183979 41UB(?1)2?UB(?1')2?UB(?2)2?UB(?2')2?0.00014544 4B类不确定度:

UB(?min)?最小偏向角的合成不确定度:

U(?min)?UA(?min)2?UB(?min)2?0.000234523

最小偏向角的测量结果表达式为:

?min?0.8873?0.0002 rad

计算棱镜的折射率及其不确定度

sinn??min??sin?22?1.54647696

nUn?2??min???min????2????cot?cotU?cotU?min???222??2??2 ?0.00056755那么该棱镜折射率的最终结果表达式为: n?1.5465?0.0006

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讨论、建议与质疑:

3. 当望远镜中看到绿色十字像与分划板上方的十字叉丝重合时, 光路图如下所示:

由于分划板上的上十字叉丝与下方的绿色亮纹在竖直方向上是中心对称的, 当绿色像与上十字叉丝重合时, 说明整个由绿色亮纹发出返回分划板的光路也是上下中心对称的, 而根据平行光的特点及平面镜反射定律, 结合光路图可以看到, 要使此时的光路上下对称, 必须的条件就是望远镜的光轴与平面镜的法线相平行。 故当在目镜中看到绿色十字像与分划板上方的十字叉丝相重合时, 望远镜的光轴和平面镜的法线相平行。

4. 在测量顶角时如果转动望远镜找不到由棱镜反射过来的狭缝像, 那么可能存在以下几种可能性:

1, 狭缝宽度设置太小或狭缝完全没有打开; 将狭缝打开后, 即可寻找到经过反射的狭缝像 2, 棱镜摆放位置不对, 顶角没有靠近载物台中心而存在较大的偏差, 这样由狭缝过来的平行光可能没有经过棱镜的反射, 或只被棱镜的一个光学面所反射, 便可能致使望远镜无法找到棱镜所反射的狭缝像; 重新摆放棱镜的位置, 是其顶角对准平行光管并且位于载物台中心附近, 再次通过望远镜便可以找到狭缝的反射像。

3, 平行光管未校准, 光轴没有与仪器的中心转轴相平行, 这样由平行光管发出的平行光不与仪器的中心转轴相垂直, 近棱镜反射后发生竖直方向的偏移, 而导致望远镜无法接受到反射光; 移走棱镜, 通过望远镜重新校正平行光管的光轴与仪器中心转轴相垂直, 便可以找到像。 4, 同上所述平行光管的症状类似, 也可能存在望远镜没有校准的情况, 故校准望远镜以后, 便可以找到经过棱镜反射过来的狭缝像。

5. 实验的体会与建议

由于实验仪器基本为机械结构, 故在操作上无改进之处, 但是在实际操作过程中发现, 如果在转盘上能够加装锁紧机构, 在读数时将刻度盘锁紧再读数, 便可以避免由于意外振动(如人为的碰撞)而造成的读数漂移, 从而防止一些误差的出现。

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