C++语言在最小偏向角法测折射率实验中的应用

杨 超,宋 飞,芦立娟

(浙江海洋学院,浙江舟山 316000)

C++语言在最小偏向角法测折射率实验中的应用

杨 超,宋 飞,芦立娟

(浙江海洋学院,浙江舟山 316000)

介绍了用C++语言编程来处理最小偏向角法测量固体折射率的实验数据,为处理实验数据提供了简捷、准确、快速的方法,避免了传统实验数据处理的繁琐及大误差,为使用者提供了方便。

最小偏向角法;折射率;C++程序

大学物理实验中经常利用分光计测量三棱镜材料的折射率n(用最小偏向法),对于测量数据的处理问题,传统的计算方法费时费力,而且容易出错。利用C++语言编程的方法来处理,就会简捷、准确。本文讨论利用C++语言编程处理求解三棱镜折射率的详细过程,以起到抛砖引玉的作用。

1 实验仪器

JJ Y型分光计、低压钠灯、平面反射镜、等边三棱镜、计算机软件等。

2 实验原理

如图1所示,一束平行的单色光,从三棱镜的一个光学面(AB面)入射,经折射后由另一光学面(AC面)射出,如图1所示。入射角i,出射角i′,偏向角δ。可以证明,当入射角i等于出射角i′时,入射光和反射光之间的夹角δ最小,称为最小偏向角δmin。

图1 实验主要光路图

由折射定律公式[2]有

其中,只要测出最小偏向角δmin和顶角A,就可以计算出棱镜玻对该波长的折射率。

2.1 最小偏向角测量原理

如图2所示,旋载物台,使一光学面AC与平行光管入射方向基本上垂直。当一束钠黄单色光从平行光管发出平行光射向三棱镜AB光学面,经过三棱镜AC光学面折射出来,望远镜从毛面BC底边出发,沿着逆时针旋转,会看到清晰的狭缝像,说明找到折射光路。此时转动小平台连同棱镜,观察狭缝像运动状态,如果向右移动,偏向角δ变小。再转小平台狭缝像会走到一定位置转折,使δ偏大,此转折点即为该光谱线的最小偏向角位置,把望远镜对准这个转折点,记录下来,为Tmin、T′min。然后使望远镜对准入射光(平行光管位置),读取方位为T0与T′0,则最小偏向角[3]

图2 旋转物台示意图

2.2 反射法测三棱镜顶角原理

如图2所示,将三棱镜放在载物台上,并使棱镜顶角对准平行光管,则平行光管射出的光束照在棱镜的两个折射面上。从棱镜左面反射的光可将望远镜转至Ⅰ处观测,用望远镜微调螺丝使叉丝对准狭缝,此时从两个游标可读出(左、右)角度分别为φ1和φ′1,再将望远镜转至Ⅱ处观测从棱镜后面反射的光,又可从游标读出 φ2和 φ′2,顶角为[1]

3 实验数据记录

3.1 反射法测三棱镜顶角数据

反射法测三棱镜顶角数据见表1。

表1 反射法测三棱镜顶角数据结果(分光计角精度 =1′)

3.2 最小偏向角数据

最小偏向角测量数据见表2。

表2 最小偏向角数据(分光计角精度 =1′)

4 数据处理

由公式(1)(2)(3)(4)利用C++语言自编程序(见附件1),输入数据并运行,得到结果见图3。

图1 输入数据后运行结果

5 结论分析

(1)从以上电脑输出结果看出三棱镜折射率:n=1.651±0.038,而查表得三棱镜折射率公认值n0=1.651,不确定度仅为0.038,非常小。

综上,用C++语言处理实验数据误差较小,说明此方法是可行、可靠的;同时又由于处理数据快捷、方便,对于数据处理,尤其是复杂数据的处理更显出C++语言的优势。该实验方法为大学物理实验提供了高效处理实验数据的一种方法,更可以应用于其它实验数据的快速处理,有利于培养学生应用计算机软件解决实际问题的能力和严谨细致的实验作风。

[1]竺江峰,芦立娟.大学物理试验[M].北京:中国科学技术出版社,2005:200-203.

[2]徐滔滔.大学物理实验[M].北京:科学技术出版社,2007:148-149.

[3]徐滔滔.大学物理实验[M].北京:科学技术出版社,2005:134-136.

[4]余仕成.大学物理实验数据处理的几个问题讨论[J].武汉化工学院学报,2005(01).

[5]钱能.C++程序设计教程[M].北京:清华大学出版社,2005.

C++Language is a Kind of Practical Use of the Least Deviation Angular Test Method for Refractive Index in Experiment

YANG Chao,SONG Fei,LU Li-juan

(Zhejiang Ocean University,Zhejiang,Zhoushan 316000)

This article introduces how tOuse C++language program tOdeal with the experimental data figured out with the method of least deviation angular test,and provides an easy,accurate and fast way tOcalculate the data.Ional method of analysing data,which gives the users more convenience than ever.

minimum deviation angular test method;refractive index;C++program

O4-39

A

1007-2934(2011)03-0089-03

2010-10-08