楊 超,宋 飛,蘆立娟

(浙江海洋學(xué)院,浙江舟山 316000)

C++語(yǔ)言在最小偏向角法測(cè)折射率實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

楊 超,宋 飛,蘆立娟

(浙江海洋學(xué)院,浙江舟山 316000)

介紹了用C++語(yǔ)言編程來(lái)處理最小偏向角法測(cè)量固體折射率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),為處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確、快速的方法,避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的繁瑣及大誤差,為使用者提供了方便。

最小偏向角法;折射率;C++程序

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常利用分光計(jì)測(cè)量三棱鏡材料的折射率n(用最小偏向法),對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)的處理問題,傳統(tǒng)的計(jì)算方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且容易出錯(cuò)。利用C++語(yǔ)言編程的方法來(lái)處理,就會(huì)簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確。本文討論利用C++語(yǔ)言編程處理求解三棱鏡折射率的詳細(xì)過(guò)程,以起到拋磚引玉的作用。

1 實(shí)驗(yàn)儀器

JJ Y型分光計(jì)、低壓鈉燈、平面反射鏡、等邊三棱鏡、計(jì)算機(jī)軟件等。

2 實(shí)驗(yàn)原理

如圖1所示,一束平行的單色光,從三棱鏡的一個(gè)光學(xué)面(AB面)入射,經(jīng)折射后由另一光學(xué)面(AC面)射出,如圖1所示。入射角i,出射角i′,偏向角δ?？梢宰C明,當(dāng)入射角i等于出射角i′時(shí),入射光和反射光之間的夾角δ最小,稱為最小偏向角δmin。

圖1 實(shí)驗(yàn)主要光路圖

由折射定律公式[2]有

其中,只要測(cè)出最小偏向角δmin和頂角A,就可以計(jì)算出棱鏡玻對(duì)該波長(zhǎng)的折射率。

2.1 最小偏向角測(cè)量原理

如圖2所示,旋載物臺(tái),使一光學(xué)面AC與平行光管入射方向基本上垂直。當(dāng)一束鈉黃單色光從平行光管發(fā)出平行光射向三棱鏡AB光學(xué)面,經(jīng)過(guò)三棱鏡AC光學(xué)面折射出來(lái),望遠(yuǎn)鏡從毛面BC底邊出發(fā),沿著逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),會(huì)看到清晰的狹縫像,說(shuō)明找到折射光路。此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)連同棱鏡,觀察狹縫像運(yùn)動(dòng)狀態(tài),如果向右移動(dòng),偏向角δ變小。再轉(zhuǎn)小平臺(tái)狹縫像會(huì)走到一定位置轉(zhuǎn)折,使δ偏大,此轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為該光譜線的最小偏向角位置,把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),記錄下來(lái),為Tmin、T′min。然后使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)入射光(平行光管位置),讀取方位為T0與T′0,則最小偏向角[3]

圖2 旋轉(zhuǎn)物臺(tái)示意圖

2.2 反射法測(cè)三棱鏡頂角原理

如圖2所示,將三棱鏡放在載物臺(tái)上,并使棱鏡頂角對(duì)準(zhǔn)平行光管,則平行光管射出的光束照在棱鏡的兩個(gè)折射面上。從棱鏡左面反射的光可將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至Ⅰ處觀測(cè),用望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲使叉絲對(duì)準(zhǔn)狹縫,此時(shí)從兩個(gè)游標(biāo)可讀出(左、右)角度分別為φ1和φ′1,再將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至Ⅱ處觀測(cè)從棱鏡后面反射的光,又可從游標(biāo)讀出 φ2和 φ′2,頂角為[1]

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

3.1 反射法測(cè)三棱鏡頂角數(shù)據(jù)

反射法測(cè)三棱鏡頂角數(shù)據(jù)見表1。

表1 反射法測(cè)三棱鏡頂角數(shù)據(jù)結(jié)果(分光計(jì)角精度 =1′)

3.2 最小偏向角數(shù)據(jù)

最小偏向角測(cè)量數(shù)據(jù)見表2。

表2 最小偏向角數(shù)據(jù)(分光計(jì)角精度 =1′)

4 數(shù)據(jù)處理

由公式(1)(2)(3)(4)利用C++語(yǔ)言自編程序(見附件1),輸入數(shù)據(jù)并運(yùn)行,得到結(jié)果見圖3。

圖1 輸入數(shù)據(jù)后運(yùn)行結(jié)果

5 結(jié)論分析

(1)從以上電腦輸出結(jié)果看出三棱鏡折射率:n=1.651±0.038,而查表得三棱鏡折射率公認(rèn)值n0=1.651,不確定度僅為0.038,非常小。

綜上,用C++語(yǔ)言處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較小,說(shuō)明此方法是可行、可靠的;同時(shí)又由于處理數(shù)據(jù)快捷、方便,對(duì)于數(shù)據(jù)處理,尤其是復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理更顯出C++語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。該實(shí)驗(yàn)方法為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)提供了高效處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一種方法,更可以應(yīng)用于其它實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的快速處理,有利于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件解決實(shí)際問題的能力和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

[1]竺江峰,蘆立娟.大學(xué)物理試驗(yàn)[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,2005:200-203.

[2]徐滔滔.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社,2007:148-149.

[3]徐滔滔.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社,2005:134-136.

[4]余仕成.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的幾個(gè)問題討論[J].武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào),2005(01).

[5]錢能.C++程序設(shè)計(jì)教程[M].北京:清華大學(xué)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