用分光仪测玻璃折射率的不确定度分析

郭亚丽

摘 要：通过自准法和分光束法分别测量了玻璃三棱镜的顶角和最小偏向角？啄min，结合不确定度对实验测量结果进行了分析，给出了玻璃折射率的不确定度的最终评定误差分析。对学生更好的理解和掌握不确定度具有一定的指导意义。

关键词：分光儀；不确定度；折射率

引言

光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面时，会发生反射和折射，光线将改变传播的方向，结果在入射光与反射光或折射光之间就存在一定的夹角。通过对某些角度的测量，可以测定折射率[1]、光栅常数[2]、光波波长[3]、色散率[4]等许多物理量。因而精确测量这些角度，在光学实验中显得十分重要。分光计[5]是一种能精确测量上述要求角度的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。折射率是透明物质的一个非常重要的光学参数，在生产和科学研究中，往往需要测量某种物质的折射率，玻璃的折射率用玻璃三棱镜来测定。光在真空中的速度为c，当光线进入玻璃后，其能量将会受到损失，所以光在玻璃中的传播速度v肯定小于c，其比值c/v称作该物质的折射率n。当一束单色光通过一个顶角为的玻璃三棱镜后，出射光线和入射光线之间有一个最小偏向角？啄。

因此，本实验要准确测量折射率n，核心就在于如何准确的测量和？啄。误差不可避免，为了使不同的测量结果具有可比性，近年来，国际上均采用不确定度来[6-10]评价测量的准确性和结果的可靠性。在我们平时的教学过程中，很多学生对于用不确定度分析不是很熟悉，因此，本文用不确定度对测量结果进行了详尽的分析，对学生更好的理解和掌握不确定度具有一定的指导意义。

1 实验过程

1.1 玻璃三棱镜顶角测量

通过自准法来测量玻璃三棱镜顶角的原理如图1所示。用双游标来计量位置，分别为游标1和游标2。测量过程中，要旋紧刻度盘下的螺钉使望远镜和刻度盘固定不动，转动游标盘，使AB面正对望远镜，记下游标1的读数？渍1和游标2的读数？渍2，再转动游标盘，使AC面正对望远镜，记下游标1的读数？渍'1和游标2的读数？渍'2。

1.2 玻璃三棱镜最小偏向角？啄测量

假设某一波长的光线LD入射到棱镜的AB面上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射线LD与出射线ER的夹角？啄称为偏向角。转动三棱镜，改变入射光对AB面的入射角，出射光线的方向ER也随之改变，即偏向角？啄发生变化。沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置时偏向角达到最小值？啄min。？啄min的测量可以用分光束法来测量，具体测量过程见大学物理实验教材[10]。

2 实验结果分析与讨论

3 结束语

通过以上分析，在不影响测量精度的情况下，应用不确定度对实验结果进行了分析和讨论。结果发现，不确定度可以准确评价和反映实验中的误差，可以很好的应用到物理实验教学和科研中。

参考文献

[1]刘俊喜.大学物理实验实用教程[M].清华大学出版社，2014.

[2]张天春，鲁婷婷.大学物理实验教程[M].哈尔滨工业大学出版社，2010.

[3]吴芸，童菊芳.大学物理基础实验教程[M].科学出版社，2009.

[4]刘文军.大学物理实验教程[M].机械工业出版社，2015.

[5]黄建刚.学物理实验教程[M].湖南大学出版社，2011.

[6]贾翠红，赖恒，雷晋萍.测量不确定度及其估算[J].福建师范大学学报，2007，23（1）：96-99.

[7]倪育才.实用测量不确定度评定[M].中国计量出版社，2007.

[8]陆申龙，曹正东.测量不确定度的一些新概念的分析与讨论[J].大学物理，1999，16（3）：35-38.

[9]管荷兰.大学物理实验中的不确定度分析[J].大学物理实验，2007，20（1）：75-77.

[10]解忧.新编大学物理实验[M].中国矿业大学出版社，2015.