用分光计测量玻璃三棱镜折射率的方法探讨
段丽凤
[摘 要]玻璃是我们生活中十分常见的物体，折射率是这种透明介质的主要参数之一。通过一些方法将玻璃三棱镜的折射率进行确定，就能够更好地掌握玻璃的应用技巧。通过对分光计测量玻璃三棱镜折射率的方法进行研究，并对测量所需要的仪器以及一些使用方法进行分析，以能够扎实了解分光计测量的基本原理以及结构，最终得到待测玻璃的折射率。
[关键词]分光计测量；玻璃；折射率；方法
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）05-0047-03
分光计是一个用于准确测量光线改变角度以及改变方向的一种仪器，其能够对光在进入不同介质中的反射角、折射角以及衍射角等数据进行测量，并且其测量的精度十分高，此外，分光计还能够利用不同的光学仪器来对不同物质的光折射角进行测量，因此，掌握分光计测量的方法十分的重要。本文意在对分光计测量玻璃三棱镜折射率的方法进行详细叙述，其具体内容如下。
一、原理
将玻璃材料制作成三棱镜形状，其顶角A是已知的，故而不用再次进行测量。然后利用最小偏向角方法计算其折射率，在本次的原理阐述中，原理图如图1所示。
当一束平行光线入射角为i1的方向投入到玻璃的AB面上，在通过玻璃的两次折射之后，会从折射角i4的方向AC面折射出来，成为光线t，原有的光线通过棱镜的两次折射后，光线方向会发生改变，其总体的角度变化可以用过入射光线和射出光线的延长线的夹角δ进行表示，这个角度就成为是偏向角，通过图一中的角度可以得到，δ的角度能够通过计算得到，即δ=（i1-i2）+（i4-i3）=i1+i4-A。由此，也能够证明，对于玻璃三棱镜而言，其顶角以及折射率都是确定的，而偏向角是随着i1的变化而变化的，故而说，δ是i1的函数。
通过计算，可以得到当i1=i4或i2=i3时，入射光线和出射光线会对称地出现在三棱镜的两旁，而偏向角的值是最小值，这个时候称这个值为最小偏向角，用δm表示，因为，这个阶段的i2=A/2， i1=（A+δm）/2，所以能够得到玻璃的折射率计算公式，如式（1）所示。
这样，只要用分光计测量出玻璃的顶角以及最小偏向角，就能够得到玻璃的折射率n。
二、步骤
（一）设备的调试工作
应用到的仪器设备有分光计、玻璃三棱镜、平面反射镜、钠光灯源。在测量之前最重要的工作是对各个设备进行调节，只有这样，才能够真正保证测量结果的准确性。
分光计的组成主要有平行光管、望远镜、载物台、圆刻度盘以及其他。其中平行光管主要具备的元件有：狭缝、紧固螺钉、平行光管、平行光管光轴水平螺钉、仰角螺钉、狭缝调节。望远镜主要具备的元件有望远镜、紧固螺钉、分化板、目镜、仰角螺钉、望远镜光轴水平螺钉、支臂、转角微调、制动架、望远镜止动螺钉。载物台所具备的相关元件有载物台、载物台调平螺钉（3只）、载物台锁紧螺钉。而圆刻度盘所具备的元件有主尺止动螺钉、主尺、游标盘、游标盘微调螺钉、游标盘止动螺钉。其它包括制动架、底座、转座以及立柱。
在此次的方法探析中，主要需要进行调节的设备就只有一个，就是分光计，要想保证分光计调节的准确性，就要能够通过构成分光计的几个元件入手，首先是望远镜的调节，让望远镜的光轴能够垂直地立在仪器的转轴之上，其主要需要动手调节的有两个部分，即清晰度的调节，以及仪器转轴的调节，将平面反射镜放置在载物台上，使其能够正面对着望远镜，这样就能够将分划板下面的光源反馈给望远镜，将目镜上的十字点亮，当看到一个亮十字后，在将平面镜的两个面返回十字能够重合到的黑线上，这样就说明，反射镜的平面平行于仪器垂直于望远镜的光轴。在清晰度的调节上，目的就是让目镜的黑线变得更加的清晰，然后调整物镜让十字变得更加清晰，如果初始亮的十字与黑线上方的距离为L，则调整螺丝钉，使其距离减少一半，并将在载物台的水平减少一半，这样，亮十字就能够与黑准线重合。
载物台的调节，调节的目的就是让载物台的台面与仪器的转轴相垂直。首先转动游标盘来带动载物台进行转动，让玻璃的AB面对准望远镜，然后再调节载物台下的螺钉，让亮十字与黑十字相交叉重合，即让AB面垂直在望远镜的光轴。然后再讲AC面转向望远镜，调节台下其他螺钉，让AC面也与望远镜的光轴相互垂直，反复的调节两个反射面，直至AB面以及AC面都能够与望远镜的光轴相垂直为止，此时的载物台台面与仪器的转轴也相互垂直。
平行光管的调节：平行光管的最终要能够与光轴相互垂直于仪器的转轴，即平行光管的光軸要能够与望远镜的光轴相重合，前后的移动平行光管的夹缝，能够在视野中呈现出一个清晰的图像，并且与黑准线之间没有视差，调节狭缝的螺丝钉来改变光管狭缝的宽度，直到其能够呈现出一个细锐的图像为止，此时的平行光管所能够射出的平行光就能够与望远镜的竖线相互重合，即平行光管的光轴能够与望远镜的光轴相平行。
（二）测量的步骤以及内容
第一步是要对分光计进行调整，第二步是要测量最小偏向角，因为前面已经说明调节以及计算的方法，所以在这里不再次赘述。
第三步是要对光谱线进行观察，该操作是在钠光的平行光管的夹缝照亮的基础上的，要先用眼睛沿着玻璃射出的方向寻找折射后的夹缝现象，然后再找到望远镜中眼睛所在的方位，此时的望远镜就能够看到钠光谱线了。
第四步要能够详细的观察偏向角的变化，稍稍的转动载物台，使光线的入射角改变，观察纳谱线的偏角是增加还降低，是向着哪个方向进行移动的，然后在慢慢地转动载物台，让纳谱线向着角度降低的方向进行移动，同时还要转动望远镜来跟踪纳谱线，直至载物台沿着谱线方向转动时，谱线不会随着载物台方向的转动而发生相应的改变，这时，纳谱线移动的反方向位置就是转折点和纳谱线最小偏向角的位置。
第五步要测量出射光的方位角坐标。望远镜中分划板的中心十字焦点固定在最小偏向角的位置上，然后用游标盘来让螺钉的位置固定，并且要将载物台进行微调节，使玻璃可以进行微小的转动，找出纳谱线反方向的移动的确切位置，再固定载物台，转动望远镜后，让分划板的中心十字交点可以对准纳谱线，标记游标1和游标2的读数这个数值就是出射光的方位。
第六步是对入射光的方位进行测定，将玻璃从载物台上拿开，移动望远镜，使其能够与入射的平行光相交，并让分划板中心的十字交点能够与平行光管的狭缝像相对，记录下两个游标的数值，该数值就是入射角的位置。
第七步是要将第三步、第四步以及第五步、第六步的步骤进行重复，再将表格中的数据进行记录，依据公式来求出最小偏向角，然后求出三个最小偏向角的平均值，最后在通过求折射率的公式将玻璃折射率求出。
三、注意事项
1.望远镜、平行光管上的镜头，三棱镜、平面镜的镜面不能用手摸、揩。如发现有尘埃时，应该用用脱脂棉沾一些乙醚、酒精的混合液（4∶1）将镜面轻擦干净。在折射棱镜的抛光面加1～2滴溴代萘，再贴上标准试样的抛光面，镜头纸轻轻揩擦干净后即可。三棱镜、平面镜不准磕碰或跌落，以免损坏。
2.分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。
3.在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。
4.测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。
5.在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。
6.调整时应调整好一个方向，这时已调好部分的螺丝不能再随便拧动，否则会造成前功尽弃。
7.望远镜的调整是一个重点。首先转动目镜手轮看清分划板上的十字线，而后伸缩目镜筒看清亮十字。
四、数据分析
分光计以及其他仪器的正确使用，才能够尽可能的减少测量中的误差，所以在一起的使用过程中首先要注意不要轻易的触碰设备，以免因此而导致人为误差的增加。在做好设备的调整后，要能够仔细判断，在使用的过程中也要注意消除偏心差。不同的介质，在试验中有着不同的数据，在本次的方法探究中，主要应用的是分光计的方法进行测量，进而推理，也能够通过分光计的方式对不同的物质的折射率进行研究。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 林晓冬，訾润，李蜀，赖仕均，邓飞. 高精度玻璃折射率測量仪的研制及应用[J].中国司法鉴定，2014（5）：59-63，68.
[2] 杨忠民.测定玻璃的折射率实验的改进[J].物理实验，2002（1）：31.
[3] 尹霖，邱成锋，柏亚基. 用分光计测量三棱镜玻璃折射率的另一种方法[J].中国高新技术企业，2010（25）：60-61.
[4] 薄铁柱，刘辉，黄永刚，张弦，张洋，王云. 激光玻璃包边后剩余反射率的测量和计算[J].光学技术，2012（3）：381-384.
[5] 尹真，易烈玉，吴文婷，王燕针.用分光计测定双棱镜楔角和折射率[J].赣南师范学院学报，2008（3）：129-131.
[特约编辑：张 雷]
[摘 要]玻璃是我们生活中十分常见的物体，折射率是这种透明介质的主要参数之一。通过一些方法将玻璃三棱镜的折射率进行确定，就能够更好地掌握玻璃的应用技巧。通过对分光计测量玻璃三棱镜折射率的方法进行研究，并对测量所需要的仪器以及一些使用方法进行分析，以能够扎实了解分光计测量的基本原理以及结构，最终得到待测玻璃的折射率。
[关键词]分光计测量；玻璃；折射率；方法
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）05-0047-03
分光计是一个用于准确测量光线改变角度以及改变方向的一种仪器，其能够对光在进入不同介质中的反射角、折射角以及衍射角等数据进行测量，并且其测量的精度十分高，此外，分光计还能够利用不同的光学仪器来对不同物质的光折射角进行测量，因此，掌握分光计测量的方法十分的重要。本文意在对分光计测量玻璃三棱镜折射率的方法进行详细叙述，其具体内容如下。
一、原理
将玻璃材料制作成三棱镜形状，其顶角A是已知的，故而不用再次进行测量。然后利用最小偏向角方法计算其折射率，在本次的原理阐述中，原理图如图1所示。
当一束平行光线入射角为i1的方向投入到玻璃的AB面上，在通过玻璃的两次折射之后，会从折射角i4的方向AC面折射出来，成为光线t，原有的光线通过棱镜的两次折射后，光线方向会发生改变，其总体的角度变化可以用过入射光线和射出光线的延长线的夹角δ进行表示，这个角度就成为是偏向角，通过图一中的角度可以得到，δ的角度能够通过计算得到，即δ=（i1-i2）+（i4-i3）=i1+i4-A。由此，也能够证明，对于玻璃三棱镜而言，其顶角以及折射率都是确定的，而偏向角是随着i1的变化而变化的，故而说，δ是i1的函数。
通过计算，可以得到当i1=i4或i2=i3时，入射光线和出射光线会对称地出现在三棱镜的两旁，而偏向角的值是最小值，这个时候称这个值为最小偏向角，用δm表示，因为，这个阶段的i2=A/2， i1=（A+δm）/2，所以能够得到玻璃的折射率计算公式，如式（1）所示。
这样，只要用分光计测量出玻璃的顶角以及最小偏向角，就能够得到玻璃的折射率n。
二、步骤
（一）设备的调试工作
应用到的仪器设备有分光计、玻璃三棱镜、平面反射镜、钠光灯源。在测量之前最重要的工作是对各个设备进行调节，只有这样，才能够真正保证测量结果的准确性。
分光计的组成主要有平行光管、望远镜、载物台、圆刻度盘以及其他。其中平行光管主要具备的元件有：狭缝、紧固螺钉、平行光管、平行光管光轴水平螺钉、仰角螺钉、狭缝调节。望远镜主要具备的元件有望远镜、紧固螺钉、分化板、目镜、仰角螺钉、望远镜光轴水平螺钉、支臂、转角微调、制动架、望远镜止动螺钉。载物台所具备的相关元件有载物台、载物台调平螺钉（3只）、载物台锁紧螺钉。而圆刻度盘所具备的元件有主尺止动螺钉、主尺、游标盘、游标盘微调螺钉、游标盘止动螺钉。其它包括制动架、底座、转座以及立柱。
在此次的方法探析中，主要需要进行调节的设备就只有一个，就是分光计，要想保证分光计调节的准确性，就要能够通过构成分光计的几个元件入手，首先是望远镜的调节，让望远镜的光轴能够垂直地立在仪器的转轴之上，其主要需要动手调节的有两个部分，即清晰度的调节，以及仪器转轴的调节，将平面反射镜放置在载物台上，使其能够正面对着望远镜，这样就能够将分划板下面的光源反馈给望远镜，将目镜上的十字点亮，当看到一个亮十字后，在将平面镜的两个面返回十字能够重合到的黑线上，这样就说明，反射镜的平面平行于仪器垂直于望远镜的光轴。在清晰度的调节上，目的就是让目镜的黑线变得更加的清晰，然后调整物镜让十字变得更加清晰，如果初始亮的十字与黑线上方的距离为L，则调整螺丝钉，使其距离减少一半，并将在载物台的水平减少一半，这样，亮十字就能够与黑准线重合。
载物台的调节，调节的目的就是让载物台的台面与仪器的转轴相垂直。首先转动游标盘来带动载物台进行转动，让玻璃的AB面对准望远镜，然后再调节载物台下的螺钉，让亮十字与黑十字相交叉重合，即让AB面垂直在望远镜的光轴。然后再讲AC面转向望远镜，调节台下其他螺钉，让AC面也与望远镜的光轴相互垂直，反复的调节两个反射面，直至AB面以及AC面都能够与望远镜的光轴相垂直为止，此时的载物台台面与仪器的转轴也相互垂直。
平行光管的调节：平行光管的最终要能够与光轴相互垂直于仪器的转轴，即平行光管的光軸要能够与望远镜的光轴相重合，前后的移动平行光管的夹缝，能够在视野中呈现出一个清晰的图像，并且与黑准线之间没有视差，调节狭缝的螺丝钉来改变光管狭缝的宽度，直到其能够呈现出一个细锐的图像为止，此时的平行光管所能够射出的平行光就能够与望远镜的竖线相互重合，即平行光管的光轴能够与望远镜的光轴相平行。
（二）测量的步骤以及内容
第一步是要对分光计进行调整，第二步是要测量最小偏向角，因为前面已经说明调节以及计算的方法，所以在这里不再次赘述。
第三步是要对光谱线进行观察，该操作是在钠光的平行光管的夹缝照亮的基础上的，要先用眼睛沿着玻璃射出的方向寻找折射后的夹缝现象，然后再找到望远镜中眼睛所在的方位，此时的望远镜就能够看到钠光谱线了。
第四步要能够详细的观察偏向角的变化，稍稍的转动载物台，使光线的入射角改变，观察纳谱线的偏角是增加还降低，是向着哪个方向进行移动的，然后在慢慢地转动载物台，让纳谱线向着角度降低的方向进行移动，同时还要转动望远镜来跟踪纳谱线，直至载物台沿着谱线方向转动时，谱线不会随着载物台方向的转动而发生相应的改变，这时，纳谱线移动的反方向位置就是转折点和纳谱线最小偏向角的位置。
第五步要测量出射光的方位角坐标。望远镜中分划板的中心十字焦点固定在最小偏向角的位置上，然后用游标盘来让螺钉的位置固定，并且要将载物台进行微调节，使玻璃可以进行微小的转动，找出纳谱线反方向的移动的确切位置，再固定载物台，转动望远镜后，让分划板的中心十字交点可以对准纳谱线，标记游标1和游标2的读数这个数值就是出射光的方位。
第六步是对入射光的方位进行测定，将玻璃从载物台上拿开，移动望远镜，使其能够与入射的平行光相交，并让分划板中心的十字交点能够与平行光管的狭缝像相对，记录下两个游标的数值，该数值就是入射角的位置。
第七步是要将第三步、第四步以及第五步、第六步的步骤进行重复，再将表格中的数据进行记录，依据公式来求出最小偏向角，然后求出三个最小偏向角的平均值，最后在通过求折射率的公式将玻璃折射率求出。
三、注意事项
1.望远镜、平行光管上的镜头，三棱镜、平面镜的镜面不能用手摸、揩。如发现有尘埃时，应该用用脱脂棉沾一些乙醚、酒精的混合液（4∶1）将镜面轻擦干净。在折射棱镜的抛光面加1～2滴溴代萘，再贴上标准试样的抛光面，镜头纸轻轻揩擦干净后即可。三棱镜、平面镜不准磕碰或跌落，以免损坏。
2.分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。
3.在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。
4.测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。
5.在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。
6.调整时应调整好一个方向，这时已调好部分的螺丝不能再随便拧动，否则会造成前功尽弃。
7.望远镜的调整是一个重点。首先转动目镜手轮看清分划板上的十字线，而后伸缩目镜筒看清亮十字。
四、数据分析
分光计以及其他仪器的正确使用，才能够尽可能的减少测量中的误差，所以在一起的使用过程中首先要注意不要轻易的触碰设备，以免因此而导致人为误差的增加。在做好设备的调整后，要能够仔细判断，在使用的过程中也要注意消除偏心差。不同的介质，在试验中有着不同的数据，在本次的方法探究中，主要应用的是分光计的方法进行测量，进而推理，也能够通过分光计的方式对不同的物质的折射率进行研究。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 林晓冬，訾润，李蜀，赖仕均，邓飞. 高精度玻璃折射率測量仪的研制及应用[J].中国司法鉴定，2014（5）：59-63，68.
[2] 杨忠民.测定玻璃的折射率实验的改进[J].物理实验，2002（1）：31.
[3] 尹霖，邱成锋，柏亚基. 用分光计测量三棱镜玻璃折射率的另一种方法[J].中国高新技术企业，2010（25）：60-61.
[4] 薄铁柱，刘辉，黄永刚，张弦，张洋，王云. 激光玻璃包边后剩余反射率的测量和计算[J].光学技术，2012（3）：381-384.
[5] 尹真，易烈玉，吴文婷，王燕针.用分光计测定双棱镜楔角和折射率[J].赣南师范学院学报，2008（3）：129-131.
[特约编辑：张 雷]
