棱镜折射率虚拟实验
转动棱镜寻找最小偏向角,再用望远镜读数估计折射率。
图 1 方向刻度盘与望远镜;对置游标读数列于图下
左游标 右游标
记录与角差分析
表 1 虚拟双游标测量( 组)
| 身份 | 基准左 / ° | 基准右 / ° | 目标左 / ° | 目标右 / ° | 左角差 / ° | 右角差 / ° | 折射率估计 / 1 | 操作 |
|---|
手动读数来自实际选择的望远镜方位;理想读数自动对准目标。记录保留完整精度、参数和身份,并保存在当前浏览器。
与原报告观测对照
原报告误差限1′按最终角度估计的均匀分布限值采用,未包含全部校准分量。原报告按最小偏向条件处理;未对准最小值时用最小偏向公式计算的只是表观折射率。
模型依据
两面折射依次满足 $\sin i=n\sin r_1$、$r_1+r_2=A$、$n\sin r_2=\sin e$,偏向角 $\delta=i+e-A$。最小偏向发生于对称光路 $i=e$、$r_1=r_2=A/2$。
$$n=\frac{\sin[(A+\delta_{\min})/2]}{\sin(A/2)}.$$
当前模型仅包含非吸收均匀棱镜和单色几何光线;第二面发生全反射时没有可读出射光线。顶角40–70°、n=1.3–1.7、入射角0–85°。通过变更入射角寻找偏向角最小值,自动对称按钮可用作检验。
对置游标的一阶角误差建模为等幅反号的圆周谐波。两次读数分别求圆周有向最短差后再平均,可以消除该一阶分量;角差的绝对值小于180°。
$$v_1(\theta)=\theta+z+\varepsilon\cos(\theta+z),\quad v_2(\theta)=\theta+z+\pi-\varepsilon\cos(\theta+z).$$
$$\delta=\frac12\left[\operatorname{wrap}_{(-\pi,\pi)}(v_{1b}-v_{1a})+\operatorname{wrap}_{(-\pi,\pi)}(v_{2b}-v_{2a})\right].$$
式中角度使用弧度;界面用度及角分。偏心模型是独立教学的一阶扰动模型,不据此代表实际仪器完整校准误差。零点0–360°、扰动幅度0–10′;恰好180°的差因方向不唯一而拒绝。
参考文献
谭锦博、吴秀梅:《三种测量三棱镜折射率方法的讨论》,物理与工程,2024,34(3):172–177。p174–175第2.3节式(8)–(19)给出两面折射、最小偏向对称条件及反演;图6及操作说明给出跟踪谱线转向点的方法。论文参数属于其测量批次,本页材料和顶角按各自来源保存。