楊 超,宋 飛,蘆立娟

(浙江海洋學院,浙江舟山 316000)

C++語言在最小偏向角法測折射率實驗中的應用

楊 超,宋 飛,蘆立娟

(浙江海洋學院,浙江舟山 316000)

介紹了用C++語言編程來處理最小偏向角法測量固體折射率的實驗數(shù)據(jù),為處理實驗數(shù)據(jù)提供了簡捷、準確、快速的方法,避免了傳統(tǒng)實驗數(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

大學物理實驗中經(jīng)常利用分光計測量三棱鏡材料的折射率n(用最小偏向法),對于測量數(shù)據(jù)的處理問題,傳統(tǒng)的計算方法費時費力,而且容易出錯。利用C++語言編程的方法來處理,就會簡捷、準確。本文討論利用C++語言編程處理求解三棱鏡折射率的詳細過程,以起到拋磚引玉的作用。

1 實驗儀器

JJ Y型分光計、低壓鈉燈、平面反射鏡、等邊三棱鏡、計算機軟件等。

2 實驗原理

如圖1所示,一束平行的單色光,從三棱鏡的一個光學面(AB面)入射,經(jīng)折射后由另一光學面(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,當入射角i等于出射角i′時,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 實驗主要光路圖

由折射定律公式[2]有

其中,只要測出最小偏向角δmin和頂角A,就可以計算出棱鏡玻對該波長的折射率。

2.1 最小偏向角測量原理

如圖2所示,旋載物臺,使一光學面AC與平行光管入射方向基本上垂直。當一束鈉黃單色光從平行光管發(fā)出平行光射向三棱鏡AB光學面,經(jīng)過三棱鏡AC光學面折射出來,望遠鏡從毛面BC底邊出發(fā),沿著逆時針旋轉,會看到清晰的狹縫像,說明找到折射光路。此時轉動小平臺連同棱鏡,觀察狹縫像運動狀態(tài),如果向右移動,偏向角δ變小。再轉小平臺狹縫像會走到一定位置轉折,使δ偏大,此轉折點即為該光譜線的最小偏向角位置,把望遠鏡對準這個轉折點,記錄下來,為Tmin、T′min。然后使望遠鏡對準入射光(平行光管位置),讀取方位為T0與T′0,則最小偏向角[3]

圖2 旋轉物臺示意圖

2.2 反射法測三棱鏡頂角原理

如圖2所示,將三棱鏡放在載物臺上,并使棱鏡頂角對準平行光管,則平行光管射出的光束照在棱鏡的兩個折射面上。從棱鏡左面反射的光可將望遠鏡轉至Ⅰ處觀測,用望遠鏡微調(diào)螺絲使叉絲對準狹縫,此時從兩個游標可讀出(左、右)角度分別為φ1和φ′1,再將望遠鏡轉至Ⅱ處觀測從棱鏡后面反射的光,又可從游標讀出 φ2和 φ′2,頂角為[1]

3 實驗數(shù)據(jù)記錄

3.1 反射法測三棱鏡頂角數(shù)據(jù)

反射法測三棱鏡頂角數(shù)據(jù)見表1。

表1 反射法測三棱鏡頂角數(shù)據(jù)結果(分光計角精度 =1′)

3.2 最小偏向角數(shù)據(jù)

最小偏向角測量數(shù)據(jù)見表2。

表2 最小偏向角數(shù)據(jù)(分光計角精度 =1′)

4 數(shù)據(jù)處理

由公式(1)(2)(3)(4)利用C++語言自編程序(見附件1),輸入數(shù)據(jù)并運行,得到結果見圖3。

圖1 輸入數(shù)據(jù)后運行結果

5 結論分析

(1)從以上電腦輸出結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值n0=1.651,不確定度僅為0.038,非常小。

綜上,用C++語言處理實驗數(shù)據(jù)誤差較小,說明此方法是可行、可靠的;同時又由于處理數(shù)據(jù)快捷、方便,對于數(shù)據(jù)處理,尤其是復雜數(shù)據(jù)的處理更顯出C++語言的優(yōu)勢。該實驗方法為大學物理實驗提供了高效處理實驗數(shù)據(jù)的一種方法,更可以應用于其它實驗數(shù)據(jù)的快速處理,有利于培養(yǎng)學生應用計算機軟件解決實際問題的能力和嚴謹細致的實驗作風。

[1]竺江峰,蘆立娟.大學物理試驗[M].北京:中國科學技術出版社,2005:200-203.

[2]徐滔滔.大學物理實驗[M].北京:科學技術出版社,2007:148-149.

[3]徐滔滔.大學物理實驗[M].北京:科學技術出版社,2005:134-136.

[4]余仕成.大學物理實驗數(shù)據(jù)處理的幾個問題討論[J].武漢化工學院學報,2005(01).

[5]錢能.C++程序設計教程[M].北京:清華大學出版社,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