用分光儀測(cè)玻璃折射率的不確定度分析

郭亞麗

摘 要：通過(guò)自準(zhǔn)法和分光束法分別測(cè)量了玻璃三棱鏡的頂角和最小偏向角？啄min，結(jié)合不確定度對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了分析，給出了玻璃折射率的不確定度的最終評(píng)定誤差分析。對(duì)學(xué)生更好的理解和掌握不確定度具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：分光儀；不確定度；折射率

引言

光線在傳播過(guò)程中，遇到不同介質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射和折射，光線將改變傳播的方向，結(jié)果在入射光與反射光或折射光之間就存在一定的夾角。通過(guò)對(duì)某些角度的測(cè)量，可以測(cè)定折射率[1]、光柵常數(shù)[2]、光波波長(zhǎng)[3]、色散率[4]等許多物理量。因而精確測(cè)量這些角度，在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中顯得十分重要。分光計(jì)[5]是一種能精確測(cè)量上述要求角度的典型光學(xué)儀器，經(jīng)常用來(lái)測(cè)量材料的折射率、色散率、光波波長(zhǎng)和進(jìn)行光譜觀測(cè)等。折射率是透明物質(zhì)的一個(gè)非常重要的光學(xué)參數(shù)，在生產(chǎn)和科學(xué)研究中，往往需要測(cè)量某種物質(zhì)的折射率，玻璃的折射率用玻璃三棱鏡來(lái)測(cè)定。光在真空中的速度為c，當(dāng)光線進(jìn)入玻璃后，其能量將會(huì)受到損失，所以光在玻璃中的傳播速度v肯定小于c，其比值c/v稱作該物質(zhì)的折射率n。當(dāng)一束單色光通過(guò)一個(gè)頂角為的玻璃三棱鏡后，出射光線和入射光線之間有一個(gè)最小偏向角？啄。

因此，本實(shí)驗(yàn)要準(zhǔn)確測(cè)量折射率n，核心就在于如何準(zhǔn)確的測(cè)量和？啄。誤差不可避免，為了使不同的測(cè)量結(jié)果具有可比性，近年來(lái)，國(guó)際上均采用不確定度來(lái)[6-10]評(píng)價(jià)測(cè)量的準(zhǔn)確性和結(jié)果的可靠性。在我們平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中，很多學(xué)生對(duì)于用不確定度分析不是很熟悉，因此，本文用不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了詳盡的分析，對(duì)學(xué)生更好的理解和掌握不確定度具有一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 玻璃三棱鏡頂角測(cè)量

通過(guò)自準(zhǔn)法來(lái)測(cè)量玻璃三棱鏡頂角的原理如圖1所示。用雙游標(biāo)來(lái)計(jì)量位置，分別為游標(biāo)1和游標(biāo)2。測(cè)量過(guò)程中，要旋緊刻度盤下的螺釘使望遠(yuǎn)鏡和刻度盤固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，使AB面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，記下游標(biāo)1的讀數(shù)？漬1和游標(biāo)2的讀數(shù)？漬2，再轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，使AC面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，記下游標(biāo)1的讀數(shù)？漬'1和游標(biāo)2的讀數(shù)？漬'2。

1.2 玻璃三棱鏡最小偏向角？啄測(cè)量

假設(shè)某一波長(zhǎng)的光線LD入射到棱鏡的AB面上，經(jīng)過(guò)兩次折射后沿ER方向射出，則入射線LD與出射線ER的夾角？啄稱為偏向角。轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，改變?nèi)肷涔鈱?duì)AB面的入射角，出射光線的方向ER也隨之改變，即偏向角？啄發(fā)生變化。沿偏向角減小的方向繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，使偏向角逐漸減??；當(dāng)轉(zhuǎn)到某個(gè)位置時(shí)，若再繼續(xù)沿此方向轉(zhuǎn)動(dòng)，偏向角又將逐漸增大，此位置時(shí)偏向角達(dá)到最小值？啄min。？啄min的測(cè)量可以用分光束法來(lái)測(cè)量，具體測(cè)量過(guò)程見(jiàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材[10]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，在不影響測(cè)量精度的情況下，應(yīng)用不確定度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不確定度可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和反映實(shí)驗(yàn)中的誤差，可以很好的應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研中。

參考文獻(xiàn)

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