分光仪的调节和三棱镜顶角的测定实验报告

大学物理实验报告石家庄铁道大学物理实验中心 第 1 页 共 5 页实 验 名 称 ： 分光仪的调节和三棱镜顶角的测定姓名 学号 班级 桌号 同组人 本实验指导教师 实验地点：第一实验楼 117 室日期 20 年 月 日 时 段 一、实验目的1. 了解分光仪的结构，掌握分光仪的调节和使用方法；2. 自准法测量三棱镜的顶角；3. 平行光法测量三棱镜的顶角；二、实验仪器及器件分光仪，汞灯，平行平面反射镜，三棱镜。三、实验原理1. 用自准法测量三棱镜的顶角利用望远镜自身产生平行光，固定平台，转动望远镜，先使棱镜 AB 面反射的十字像与叉丝重合（即望远镜光轴与三棱镜 AB 面垂直），记下刻度盘两边的方位角读数 、 。然12后再转动望远镜使 AC 面反射的十字像与叉丝重合（即望远镜光轴与 AC 面垂直） ，记下读数 和 （注意 与 不能颠倒） ，两次1212读数相减即得A 的补角 。故A=180 ，即A = 180 (1 + 2) = 2.用平行光法（又叫反射法、分裂光束法）测量三棱镜顶角平行光管射出的光束照射在三棱镜的两个光学面上。将望远镜转到一侧（如AC B望 远 镜 望 远 镜用 自 准 法 测 三 棱 镜 顶 角评分左边）的反射方向上观察，把望远镜叉丝对准狭缝像，此时读出两个窗口的方位此时读出两个窗口的方位角读数 与 ；12再将望远镜转到另一侧，把叉丝对准狭缝像后读出 和 ，则三棱镜的顶角为：1212()()4A四、实验内容1分光仪的调节调节时，首先应该进行目测粗调，使望远镜、平行光管大致垂直于仪器主轴，使载物平台下的三个调节螺丝支撑平台高度基本一致。在粗调的基础上进行细调，调节时按如下三个步骤进行：（1）使望远镜对无穷远聚焦 。调节望远镜的物镜（注意此时不能再调节目镜） ，使十字像清晰，并且要求像与叉丝二者间没有视差（轻轻晃动眼睛，看到的十字像与叉丝无相对位移即无视差，否则说明有视差） 。这时望远镜已聚焦于无穷远，即能够接收平行光。（2）调整望远镜光轴与仪器主轴垂直。在望远镜中已经看到从平面镜的一个平面反射回来的十字像，现在把平台（连同平面镜）转过 180，从它的另一个平面找反射回来的十字像。如果两面反射回来的十字像都与叉丝重合，则说明望远镜与仪器主轴垂直，这也是判断“垂直”的标准。这里所说的“重合” ，是指十字像与叉丝的横线等高，即微微转动平台时，十字像恰好能沿着叉丝的横线走。（3）调整平行光管，使其光轴与仪器主轴垂直并且能够发出平行光。A调整平行光管光轴与仪器主轴垂直。调节平行光管下面的螺丝达到要求。B使平行光管发出平行光。改变狭缝与平行光管透镜间的距离（拉进拉出狭缝体） ，使望远镜中看到清晰的狭缝像，并且没有视差，这时平行光管即已能够发出平行光。望 远 镜 望 远 镜平 行 光用 平 行 光 法 测 三 棱 镜 顶 角1212A自准法平行光法不能再调望远镜和平行光管的聚焦和高低三棱镜的顶角应放接近平台中心位置的地方，否则会给找狭缝像带来困难2 测量三棱镜的顶角（1）调节三棱镜：要求三棱镜的待测顶角 A 的两个侧面都与仪器主轴平行。把三棱镜放在平台上，为了便于调节，应将棱镜三边分别垂直于平台下三个螺丝的连线。调节使反射回来的十字像与叉丝横线重合。（2）用自准法测三棱镜顶角：按实验原理测量两次取平均值。（3）用平行光法测三棱镜角：按实验原理测量两次取平 均值。五、数据记录与处理1. 测量三棱镜顶角记录数据表格数据处理：自准法计算为： （ ）2= A21Au= （推导公式与结果）结果表示为：A= Au平行光法计算为： （ ）2= 21Au= （推导公式与结果）结果表示为：A= Au 六、观察光栅彩色谱线光栅是由许多等宽度 a（透光部分）、等间距 b（不透光部分）的平行缝组成的一种分光元件。当波长为 的单色光垂直照射在光栅面上时，则透过各狭缝的光线因衍射将向各方向传播，经透镜会聚后相互干涉，并在透镜焦平面上形成一系列间距不同的明条纹。根据夫琅和费衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：（ a+b）sin k=k （ k=0，1，2，） 式中 a+b=d称为光栅常数， k为光谱级数， k为第 k级谱线的衍射角。见图4-4， k=0对应于 =0，称为中央明条纹，其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧。如果入射光不是单色光，则由式（4-1）可知， 不同， k也各不相同，于是将复色光分解。而在中央 k=0， k=0处，各色光仍然重叠在一起，组成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布 k=1，2，级光谱线，各级谱线都按波长由小到大，依次排列成一组彩色谱线。七、预习题（1）在调节望远镜时，你如何判断十字叉丝和十字像是否在同一平面上（即如何判断有无视差）？（2）分光仪的调节一般分为哪几个步骤进行？（3）载物平台下有三个调节螺丝用来调节其倾斜度，为了便于调节，对于平面镜和三棱镜应分别如何放置（画图说明）？D3 D2 D1 D3 D2 D1 （4）在测角时某个游标读数第一次为 34356，第二次为 3328，游标经过圆盘零点和不经过圆盘零点时所转过