指导书-13用分光计测三棱镜顶角.pdf

天津城市建设学院大学物理实验中心大学物理实验A实验教学指导书

用分光计测三棱镜顶角

分光计（又名分光测角仪）是用来精确测量角度的仪器，也是光学实验的基本实验仪器之一。利用分光计

对光的反射角、折射角、衍射角测量，以此检验棱镜的棱角是否合格、玻璃砖的两个表面是否平行，计算介质

折射率、光波波长等相关的物理量。分光计在使用中所涉及的光学元件共轴调节、共面调节、望远镜及平行光

管调节，不仅是正确使用分光计所必需的，也是光学实验需要掌握的基本技能。

【实验目的】

1、了解分光计的结构及各部件的作用。

2、掌握分光计的调节要求和调节方法。

3、学习用自准直法、反射法测量正三棱镜顶角。

【实验仪器】

分光计、平面反射镜、低压汞灯、三棱镜。

【实验原理】

1、分光计测量原理

如图5.12-1所示，光源发出的光通过带狭缝的平行光管后成为平行光；平行光经载物台上的光学元件反

射、折射或衍射后出射光传播方向发生改变；绕中心转轴转动望远镜，先后不同方向出射的平行光，从读数

圆盘上读出这两种情况下望远镜所处位置的角度，就可以计算出两条光线的夹角以及相关待测量。图5.12-1

为反射法测三棱镜顶角的光路原理。

光源

狭缝

平行光管

ii

12

三棱镜

载物台

望远镜位置望远镜位置

读数盘

图5.12-1分光计测量原理（以反射法测三棱镜顶角为例）

2、三棱镜顶角的测量

本实验中所用三棱镜主截面为正三角形，即图5.12-1所示△ABC，三角形三条边对应的三个面中AB和

AC是用于测量的光学表面，另一个面BC是毛玻璃面（图中双线，称为底面）。三棱镜顶角指两个光学面AB

和AC间的夹角，其理论值为60°。测量三棱镜顶角的方法有多种，使用分光计测量时常采用自准直法和反

射法。

1

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（1）自准直法

图5.12-2自准直法测三棱镜顶角

如图5.12-2所示，望远镜自身发出的光若沿光学面法线入射，反射光依然沿法线回到望远镜，即望远镜能

看到自身反射光的方向就是光学面的法线方向。若分别测出两光学面两光学面AB和AC法线方向所在位置的

角度，从而计算出两法线的夹角φ，又由四边形内角为360°可得：



902360

于是三棱镜顶角



360180180（5.12-1）

（2）反射法

ii

反射法光路见图5.12-1，由平行光管射出的平行光束被棱镜的两个光学面分成两部分，图中、分别

12

为入射光线与两个光学面的夹角。设两反射光线的夹角为，由几何关系可得



iiii

，

1122



ii

12

