物理——分光仪的调节及棱镜顶角的测定(各种版本集合_全!免费!).doc

分光计的调节在三棱镜顶角的测定中的应用系别： 姓名：丁伟学号： 邮箱：【摘要】 在许多的物理试验中，常常用三棱镜来作为分光的器件。分光计可以用来测量谱线的波长，也可以用来测量光学元件的角度。我们可以通过分光计可以来测定三棱镜的顶角以及玻璃的折射率，从而帮助我们更好的了解分光计的光学性质以及学会一种测量透明固体材料的折射率的方法。【关键字】 分光计 三棱镜 折射率 色散 谱线 【正文】.实验仪器介绍分光仪（如右图）是一种能精确测量角度的典型光学仪器，精确度可达到1 常用来测量折射率、光波波长、色散率和观测光谱等。由于该装置比较精密,操纵控制部件较多而复杂，故使用时必须按一定的规则严格调整，方能获得较高精度的测量结果。1. 分光仪的结构： 本实验采用自准法测三棱镜顶角，不需要使用平行光管。有关平行光管的原理、调节与使用请参见光栅衍射实验。下面介绍其余部件：图81 分光计结构示意图望远镜：8.望远镜9.紧固螺钉 10.分化板 11.目镜（带调焦手轮） 12.仰角螺钉 13.望远镜光轴水平螺钉14.支臂 15.转角微调 17.制动架 18.望远镜止动螺钉载物台：5.载物台 6.载物台调平螺钉（3只） 7.载物台锁紧螺钉圆刻度盘： 16. 读数刻度盘止动螺钉 21读数刻度盘22.游标盘 24.游标盘微调螺钉 25.游标盘止动螺钉平行光管： 1.狭缝 2.紧固螺钉 3.平行光管 26. 平行光管光轴水平螺钉 27.仰角螺钉 28.狭缝调节其它：4.制动架 19.底座 20.转座 23.立柱 (1)分光计底座的中心有一沿铅直方向的转轴，称为分光计的转轴。在这个转轴上套有一个读数刻度盘和一个游标盘，这两个盘可以绕它旋转。光源反射镜物镜全反射棱镜镜分化板目镜筒2筒1目镜视场准线十字透光窗图8-2 望远镜结构(2)望远镜安装在支臂上，支臂与转轴相连。在支臂与转轴连接处有螺丝18，拧松时，望远镜(和读数刻度盘一起)可绕轴自由转动；旋紧时，不得强制望远镜绕轴转动，否则会损坏仪器。螺丝15是它的微调螺丝，当螺丝18拧紧后，望远镜不能绕轴转动时，用它可以使望远镜绕轴作微小转动。螺丝9是目镜镜筒的制动螺钉，旋松它可拉动望远镜套筒，调节分划板与物镜之间距离。望远镜光轴的倾斜度由螺丝12调节。分光计上的望远镜通常采用阿贝式自准直目镜，其结构如图8-2所示。分划板的透明玻璃上刻有黑十字准线。在该准线的竖线下方，紧贴一块小棱镜，在其涂黑的端面上，刻有透明十字线，利用电珠照明使它成为发光体。而在准线的竖线上方，与透明十字线对称的位置上，有一条黑水平线。(3)载物台是用来放置平面镜、棱镜等光学元件的，它与游标盘通过螺钉7相互锁定，拧紧螺丝7后，载物台可和游标盘一起绕分光计的转轴转动。螺丝25是游标盘的止动螺钉，拧紧时不能再强制转动游标盘，否则亦会损坏仪器。螺丝24是游标盘的微调螺丝。当螺丝拧紧后，游标盘不能绕轴转动，用它可以使游标盘绕轴作微小转动。载物台下有三只调节螺丝6，可调节台面的倾斜度。 (4)圆刻度盘在分光计出厂时已将它调到与仪器转轴垂直。由于圆刻度盘中心和仪器转轴在制造和装配时，不可能完全重合，因此在读数时会产生偏心差。圆刻度盘上的刻度均匀地刻在圆周上，当圆刻度盘中心O与转轴重合时，由相差180的两个游标读出的转角刻度数值相等。而当圆刻度盘偏心时，由两个游标盘读出的转角刻度值就不相等，所以如果只用一个游标读数窗会产生系统误差。通过在转轴直径上安置两个对称的游标读数窗，可消除这种系统误差。分光计的读数系统由刻度盘和游标盘组成，读数方法和游标原理相同。A2. 三棱镜 三棱镜如右图所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角 称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。CB3. 汞灯 汞灯发射的光谱是一些分离的谱线，由于汞蒸汽的压强不同可分为低压汞灯、高压汞灯和超高压汞灯三种。我们人眼能观察到的谱线有一下八条：橙（612.35nm），黄（579.07nm），黄（576.96nm），绿（546.07nm），青（491.60nm），蓝紫（453.83nm），紫（407.78nm），紫（404.68nm）。由于汞灯的光线很强，所以不要直视灯。 本实验中采用的是高压汞灯。高压汞灯点燃时汞蒸气压为25个大气压，内管用石英玻璃。高压汞灯辐射的紫外线光谱加宽，且偏蓝绿，可用于光化反应、光刻机、紫外线探伤及荧光分析等。.实验原理1.自准法测量三棱镜顶角的原理如图8-3所示，只要测量三棱镜两个光学面的法线之间的夹角，即可求得顶角。T1 T2 C图8-3 自准法测三棱镜顶角的原理2. 色散 光是电磁波的一种，复色光被分解为单色光，而形成光谱的现象，称之为“色散”。色散可通过棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。如一细束阳光可被棱镜分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光。这是由于复色光中的各种色光的折射率不相同。当它们通过棱镜时，传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜则便各自分散。复合光通过三棱镜等分光器被分解为各种单色光的现象，叫做光的色散。分开的单色光依次排列而成的光带叫做光谱。各种颜色的光在真空中都以恒定的速度 传播；而在介质中，光波的传播速度要减小；而且不同波长的光波，传播速度也各不相同。因此，同一介质对不同的单色光折射率是不同的，红色光的折射率最小，紫色光的折射率最大。.实验步骤及实验内容321平面镜图8-4 平面镜在小平台上的位置1.分光计调节(1) 目测粗调粗调即是凭眼睛判断。尽量使望远镜的光轴与刻度盘平行。调节载物台下方的三个小螺钉，尽量使载物台与刻度盘平行(粗调是后面进行细调的前提和细调成功的保证)。(2)望远镜调焦到无穷远，适合观察平行光接上照明小灯电源，打开开关，在目镜视场中观察，是否能够看到“准线”和带有绿色小十字的窗口。通过调节目镜调焦手轮将分划板准线调到清楚地看到为止。将双面镜放置在载物台上（如图8-4）。这样放置是出于这样的考虑：若要调节平面镜的俯仰，只需要调节载物台下的螺丝1或2即可，而螺丝3的调节与平面镜的俯仰无关。沿望远镜外侧观察可看到平面镜内有一亮十字，轻缓地转动载物台，亮十字也随之转动。当望远镜对准平面镜时，通过望远镜目镜观察，如果看不到此亮十字，这说明从望远镜射出的光没有被平面镜反射回到望远镜中。此时应重新粗调，重复上述过程，直到由透明十字发出的光经过物镜后（此时从物镜出来的光还不一定是平行光），再经平面镜反射，由物镜再次聚焦，在分划板上形成亮十字像斑（注意：调节是否顺利，以上步骤是关键）。图8-5 望远镜调节过程中通过目镜看到的情况放松望远镜紧固螺钉9，前后拉动望远镜套筒，调节分划板与物镜之间距离，再旋转目镜调焦手轮，调节分划板与目镜的距离使从目镜中既能看清准线，又能看清亮十字的反射像。注意使准线与亮十字的反射像之间无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除。如果没有视差，说明望远镜已聚焦于无穷远。(3)利用二分之调节法，调节望远镜的光轴和仪器转轴垂直。先调节平面镜的倾斜度(调节螺丝1或2)。使目镜中看到的亮十字线（反射）像重合在黑准线像的对称位置上，如图5 (a)所示，说明望远镜光轴与镜面垂直。然后使平面镜跟随载物台和游标盘绕转轴转过180，重复上面的调节。一般情况下，这二准线不再重合，如二者处在如图5(b)所示位置上，这时只要调节螺丝1或2，使二者的水平线间距缩小一半，如图 5(c)所示，再调节望远镜的倾斜螺丝12，使二者水平线重合，如图5(d)所示，然后再使平面镜绕轴旋转180，观察亮十字线像与黑准线是否仍然重合。如重合了，说明望远镜光轴已垂直于分光计转轴。若不重合，则重复以上方法进行调节，直到平面镜旋转到任意一向，其镜面都能与望远镜光轴垂直。132III图8-6 三棱镜在小平台上的位置2.测量三棱镜将三棱镜按图8-6所示的位置放置（注意：切忌用手触摸光学面）。调节螺钉1，可以改变I面的法线方向，不改变II面的法线方向。同理，调节螺钉2，可以改变II面的法线方向，不改变I面的法线方向。利用已调节好的望远镜用自准法测两个光学面的法线方向（注意：适当调节，使两个光学面反射的亮十字线重合在黑准线像的对称位置）。【注意事项】1.平面镜及三棱镜系光学元件，光学表面不能用手触摸，如发现有灰尘或污斑可用擦镜纸揩拭。2.转动望远镜时应用手扶住望远镜托架转动，不能用手直接抓住自准目镜转动望远镜。3.实验桌上每一位同学有一抽屉，书包及其他无关物品均应放在抽屉内。4.在调整过程中，三棱镜如从分光计上拿下来，应放在棱镜盒内，以免不慎碰落地上，敲碎棱镜。【结论】 通过这次实验我们测出来三棱镜的最小偏向角，在实验中我们可以看出分光计在处理的过程中的操作是十分的复杂，我们必须要小心的处理实验仪器。另外，分光计除了可以用来测定三棱镜的顶角外，还可以测定三棱镜折射率（最小偏向角法是测定三棱镜折射率的基本方法之一，如图10所示，三角形ABC表示玻璃三棱镜的横截面，AB和 AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角a称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。假设某一波长的光线LD入射到棱镜的AB面上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射线LD与出射线ER的夹角 称为偏向角。）测量透射光栅测光波波长，观察光栅的衍射光等等。在物理中的应用很广泛。如果我们可以把分光计的使用掌握的很好，在我们的物理学习中也会对我们有很大的帮助。【参考文献】大学物理实验（第一册） 万春华主编 南京大学出版社 伯克利物理实验 A.M. 波杨著。分光仪的调节及三棱镜顶角的测定实验简介分光仪是一种能精确测量角度的典型光学仪器,常用来测量折射率,光波波长,色散率和观测光谱等.由于该装置比较精密,操纵控制部件较多而复杂,故使用时必须按一定的规则严格调整,方能获得较高精度的测量结果.对于初学者来说,往往会遇到一些困难,但只要在调整,实验过程中,明确调整要求,注意观察现象,并努力运用已有的理论知识去分析,指导操作,一般是能够掌握的.实验目的1.了解光学测角仪的主要构造,正确掌握调整光学测角仪的要求和方法.2.测定三棱镜的顶角,观察三棱镜对汞灯的色散现象.实验原理三棱镜如右图所示,AB和AC是透光的光学表面,又称折射面,其夹角 称为三棱镜的顶角;BC为毛玻璃面,称为三棱镜的底面.1.自准法测量三棱镜的顶角右图是自准法测量三棱镜顶角的示意图利用望远镜自身产生平行光,固定望远镜,转动小平台,先使棱镜AB面反射的十字像落在分划板上准线上部的交点上(即望远镜光轴与三棱镜AB面垂直),记下刻度盘对称游标的方位角读数1,2.然后再转动小平台使AC面反射的十字像与准线的上交点重合(即望远镜光轴与AC面垂直),记下读数, (注意与 为同一游标读得的望远镜方位角,而 2与则为另一游标上读得的方位角),两次读数相减即得顶角 的补角 . =180- ,可以证明:2.反射法测量三棱镜的顶角右图是反射法测量三棱镜顶角的示意图.将三棱镜放在截物台上,使平行光管射出的光束投射到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 处观察,使用望远镜微调螺丝使准线的中心垂直线对准反射狭缝像,从两个游标上读出方位角读数 和 ,再将望远镜转至 处观测从棱镜右面反射的狭缝像,又可分别读得方位角和 .由图可以证明三棱镜的顶角 :实验仪器分光仪双面镜低压汞灯(连镇流器)三棱镜照明小灯等光学测角仪简介:载物台平行光管望远镜读数装置准 线目视镜场透光窗目镜分划板小棱镜小电珠物镜(1)自准直望远镜(阿贝式)部分阿贝式自准望远镜由目镜,分划板及物镜三部份组成.分划板上刻的是形准线,在边上粘有一块45全反射小棱镜,其表面上涂有一层不透明薄膜,薄膜上刻了一个空心十字窗口,小电珠光 从管侧射入后,调节目镜前后位置,可在望远镜目镜视场中看到图中所示的景象.若在物镜前放一平面镜,前后调节目镜(连同分划板)与物镜的间距,使分划板位于物镜的焦平面上时,小电珠发出透过空心十字窗的光经物镜后成平行光射于平面镜,反射光经物镜后在分划板上形成十字窗口的像.若平面镜面与望远镜光轴垂直,此象将落在准线上部的交叉点上,如下图所示:反射像平面镜自准直望远镜光路图(2)平行光管部份:平行光管的一端装有会聚透镜,另一端内插入一套筒,其末端为一宽度可调的狭缝,如下图所示.当狭缝位于透镜的焦平面上时,能使照在狭缝上的光经过透镜后成为平行光.平行光管光源狭缝会聚透镜(3)载物小平台部份:载物小平台用以放置待测物体,台下有三个调平螺钉a1,a2,a3,可调整平台的水平位置,如下图所示.载物小平台(4)读数装置部份:读数装置由刻度圆盘和沿园盘边相隔180对称安置的两个游标T,T组成,如右图所示.刻度圆盘分成360,最小分度为半度(30),小于半度的读数利用游标读出.游标上有30格,故游标上的读数单位为1.角游标读数方法与一般游标相同,如下图所示的位置,先读出游标0刻线左边所指刻度盘的度数(必须注意是否超过半刻度线),再读出游标上第几根线与刻度盘刻线对准,然后将二次所读的数相加即可.上图中先读出8730,再读出15,两者相加即:8730+ 15= 8745两个游标对称放置是为了消除刻度盘中心与分光计中心轴线之间的偏心差,测量时要同时记下两游标所示的读数.实验内容一,分光仪的调节1.目测粗调为了准确测出角度,根据分光仪的工作条件,调整望远镜和平行光管光轴与光学测角仪中心轴严格垂直,一般可以先用目测法进行粗调.首先调整望远镜光轴水平方位调节螺钉使望远镜光轴对准分光仪中心轴,调整平行光管光轴水平方位调节螺钉使平行光管光轴对准分光仪中心轴.接看调整望远镜和平行光管的仰角调节螺钉,使望远镜和平行光管呈水平状态.最后调整载物台三只调平螺钉,使载物台上台面与固定座四周间隙相等.2.用自准法调整望远镜:(1)点亮照明小灯,转动目镜并调节目镜与 分划板间的距离,直至看清分划板上的准线和带有绿色的小十字窗口.(2)将双面镜按图示方法置于载物台上,双面镜平面 与B1,B3连线垂直,B1,B2,B3是载物台下三只调平螺钉,H是插销,从侧面观察,眼睛与望远镜中心轴等高.如果从双面镜正,反两面均能观察到完整的亮十字反射像,则说明双面镜正,反两面反射的亮十字光线能进入望远镜.H3.三棱镜的放置与调整:将三棱镜按右图所示放置,光学面AB与B1,B2螺钉连线垂直,由于三棱镜是等边三角形,而螺钉B1,B2,B3连线也是等边三角形,所以AC光学面与B2,B3螺钉连线垂直.三棱镜是被测量对象,在加工时侧面与底面的垂直度存在误差,所以还需进一步对三棱镜进行调整.从图中可以看出,当望远镜对准AB光学面用自准法调整时,B1,B2螺钉起作用,而调整AC光学面时,则B2,B3螺钉起作用.这时B2是对AB光学面与AC光学面均起作用的调节螺钉,在调整时这个螺钉B2不参与调整.所以用自准法调整三棱镜时,调整AB光学面时调整B1螺钉,使十字反射像中心与准线上交点重合.而调整AC光学面时则调整B3螺钉.注意这时望远镜的仰角调节螺钉固定不动.由于三棱镜的光学面反射的十字像较淡,必须仔细观察,同时用照明小灯放在三棱镜的后面作为背景光照亮准线.4.平行光管的调整:二.反射法测量三棱镜顶角1.三棱镜的放置:(在三棱镜放置前,先调整游标盘使左右游标T, T分别在平行光管的两边,然后锁紧游标盘止动螺钉,固定游标盘)如右图所示载物台平面有三条互成120的等分线a,b,c.松开载物台锁紧螺钉,使其中一条等分线a对准平行光管轴线,插销H在右上角,拧紧载物台锁紧螺钉.三棱镜顶角A放在载物台中心,棱镜光学面AB,AC分别与等分线b,c夹角相等.然后转动望远镜对准等分线B,C时,即可在此附近找到狭缝的像.同时拧紧左下角分度盘锁紧螺钉.H2. 用反射法在,二个位置测量数据时,一定要使狭缝像与目镜中垂直义丝相平行.当望远镜对准狭缝像时,拧紧望远镜止动螺钉,然后利用望远镜的微调装置使义丝位于狭缝像的中央,从左,右游标上读取数据.望远镜从位置转到位置时,所转过的角度是同一游标两次方位角读数之差.3. 本实验系多次测量,要求至少测量三组数据,每次测完一组数据后,松开左下角分度盘锁紧螺钉,使分度盘转过一个角度,再拧紧刻度盘锁紧螺钉,然后进行第二次测量,这样可以使每组数据不同,避免一次读错,重复错误.4.在测读过程中,由于望远镜可能处在任何方位,故必须注意望远镜转动过程中是否越过了刻度盘的零点,如越过了刻度零点.则必须按式=360-|i-i|来计算望远镜转角.5.数据记录表格. 注意事项1.同学进入实验室先不要盲目乱动仪器,要在教师的指导下,有目的的进行分光仪调整.2.平面镜及三棱镜系光学元件,光学表面不能用手触摸,如发现有灰尘或污斑可用擦镜纸揩拭.3.转动望远镜时应用手扶住望远镜托架转动,不能用手直接抓住自准目镜转动望远镜.4.实验桌上每一位同学有一抽屉,书包及其他无关物品均应放在抽屉内.5.在调整过程中,三棱镜如从分光计上拿下来,应放在棱镜盒内,以免不慎碰落地上,敲碎棱镜.如发生棱镜敲碎事件,教师应责成该同学写检查,并酌情赔偿.6.实验完毕,教师安排同学整理仪器和打扫卫生.【预习思考题】1.请正确读出下列圆游标所指出的读数.2.三棱镜按下图放置在载物台上,在调整三棱镜光学面AB,AC时,请指出载物台下三只调平螺钉B1,B2,B3哪一只螺钉不参与调整 3.分光仪由哪几个主要部件组成 它们的作用各是什么 4.调整望远镜光轴与分光仪中心轴相垂直中为什么要用各半调整法 如何运用各半调整法 【复习思考题】1.用反射法测量三棱镜顶角时,为什么必须将三棱镜顶角A置于载物台中心附近 试作图说明.2.作图说明,当望远镜未垂直中心轴或双面镜的反射面法线未垂直中心轴而进行调整时,每旋转双面镜180一次,准线与十字反射像可能的相对位置及其变化规律.分光仪的调节与使用分光仪（Spectrometer）简介分光仪是一种能精确测量角度的典型光学实验仪器，在利用光的反射、折射、衍射、干涉和偏振原理的各项实验中进行角度测量。例如：利用光的反射原理测量棱镜的角度；利用光的折射原理测量棱镜的最小偏向角，从而计算棱镜玻璃的折射率和色散率；与光栅配合，作光的衍射实验，测量光波波长；与偏振片、波片配合，作光的偏振实验等。实验目的1了解分光仪的结构及各组成部件的作用，掌握分光仪的调节和使用方法； 2掌握测定棱镜顶角的方法；3学会用最小偏向角测定棱镜的折射率。仪器用具分光仪、汞灯、平面反射镜、三棱镜。仪器介绍1分光仪的结构分光仪外型如图5.1-1所示，它主要由望远镜（自准直望远镜），平行光管，载物台，游标刻度圆盘等几部分组成。（1）分光仪底座中心处有一沿铅直方向的转轴，称为分光仪的中心转轴。在转轴上套有游标刻度圆盘（包括度盘和游标盘），两个盘可绕中心转轴转动。（2）自准值望远镜（3）平行光管（4）载物台载物台可绕仪器转轴转动，它是为放置棱镜、光栅等被测光学元件而设置的，台下有三个调节螺丝，可调节载物台的倾斜度。松开 “游标盘止动螺丝”、锁紧“载物台锁紧螺丝”，载物台可以和游标盘一起绕分光仪游标盘的转轴转动。（5）游标刻度圆盘游标刻度圆盘与分光仪的中心转轴垂直（分光仪出厂时已调整好）。由于刻度圆盘的中心与中心转轴的中心制作时不能完全重合，因此在读数时会产生偏心差.游标刻度圆盘由度盘和游标盘组成，度盘最小分度值为 ，游标盘最小分度值为 ，读数方法与游标卡尺的读数方法相同（度盘上的刻度值+游标上的刻度值）。如图5.1-5读数为： 。2分光仪的调整为了准确测量角度，应调整分光仪达到下列状态：（1）望远镜聚集于无穷远，或称适合于观察平行光。（2）平行光管射出的光是平行光，即狭缝口的位置正好处于平行光管会聚透镜的焦平面处。（3）望远镜和平行光管的主光轴一定要与分光仪中心转轴相互垂直。实验原理三棱镜是实验室中重要的分光元件，至少有两个透光的光学表面，称为折射面，其夹角称为三棱镜的顶角。1自准法测量三棱镜的顶角图5.1-6为自准法测量三棱镜顶角的示意图，用已调整好的分光仪,使望远镜中的亮十字发出的光线垂直入射于AB面，测出AB面的法线位置，记录两个角游标的读数分别为 、 ；然后使光线垂直入射于AC面， 测出AC面的法线位置，两个角游标的读数分别为 、 。两法线之间的夹角 为 （5.1-1）则顶角 （5.1-2）2由单色光的最小偏向角测量棱镜折射率一束单色平行光，射入三棱镜的AB面，经折射后由另一面AC射出，如图5.1-7所示，入射光和AB面法线的夹角 称为入射角，出射光和AC面法线的夹角 称为出射角，入射光与出射光的夹角 称为偏向角。如果转动三棱镜，使入射角 等于出射角 ，根据折射定律可知，折射角 ，与此相应的入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角，以 表示，棱镜的折射率 与顶角 ，最小偏向角 有如下关系式 5.1-3由分光仪测定顶角 和最小偏向角 ，即可由上式算出三棱镜对该种光线的折射率 。折射率是光波波长的函数，非单色光源（例如汞灯）发出的光，经过三棱镜折射后，其中各单色光成分（光谱线）会有不同的偏向角，可以分别测量棱镜对不同波长的光的折射率。实验内容与步骤一分光仪的调整1目测粗调目测粗调“望远镜光轴倾斜调节螺丝”、“载物台调平螺丝”、“平行光管光轴倾斜调节螺丝”分别使望远镜筒、载物台面、平行光管镜筒均大致处于水平状态，并与仪器中心转轴基本垂直。2用自准法调整望远镜聚焦于无穷远（1）旋转 “目镜视度调节螺母”，改变目镜到分划板之间的距离（目镜对分划板调焦），直到分划板上的叉丝线和十字窗口成像清晰为止。（2）改变分划板到物镜之间的距离，直到十字像成像最清晰，并且十字像与叉丝线无视差。 3调整望远镜光轴与分光仪的转轴相垂直平面镜仍竖直置于载物台上，如果望远镜光轴与平面镜镜面垂直，则反射回来的亮十字像与分划板中上叉丝线交叉点完全重合，将载物台旋转180（因而平面镜也随着转过180）之后，如果亮十字像与上叉丝线交叉点仍然完全重合，则说明望远镜光轴与分光仪的中心轴垂直。（1）首先转动载物台使平面镜的一个面对准望远镜，从望远镜中找到由平面镜反射的十字像，然后再转动载物台使镜面转过180，从望远镜中再一次看到由另一面反射的十字像（此时不用考虑十字像与上叉丝线交叉点是否重合）。（2）用逐次逼近各半调整法，仔细调节每一个反射十字像的位置。先用望远镜找到一个反射十字像，当十字像与上叉丝线交叉点不重合时，此时调节“望远镜光轴倾斜调节螺丝”使十字像与上叉丝线交叉点之间的距离减小二分之一，再调节载物台下面的水平调节螺丝（a1或a2）消除另一半距离，使上叉丝线与亮十字像重合。再将载物台旋转180，使望远镜对准平面镜的另一面，采用同样的方法调节，如此重复调整，直至转动载物台时，从平面镜前后两个面反射回来的亮十字像都能与分划板的上叉丝线重合为止。4调整平行光管：使平行光管发出平行光、平行光管的光轴与中心轴垂直。用前面已调好的望远镜（适合于平行光、光轴与中心轴垂直）为标准调节平行光管。（1）调整平行光管产生平行光。取下载物台上的平面镜。用汞灯照亮狭缝，从望远镜中观察来自平行光管的狭缝像，放松“狭缝筒锁紧螺丝”，移动狭缝筒，改变狭缝到会聚透镜之间的距离，直到看见清晰的狭缝像，并与分划板上的叉丝线无视差。此时狭缝处于透镜的焦平面上（为什么？），平行光管产生平行光。（2）调整平行光管的光轴与分光仪中心轴相垂直。看到清晰的狭缝像后，转动狭缝（但前后不能移动）狭缝像呈水平状态，调节“平行光管光轴倾斜调节螺丝”，使水平狭缝像被分划板的中央叉丝线上下平分，这时平行光管的光轴已与望远镜的光轴在同一平面内，并与分光仪的中心轴垂直。再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差。二用自准法测量三棱镜的顶角 1.为确定三棱镜的两个光学面的法线位置，应调整三棱镜的两个光学面同时与分光仪的中心轴平行。调整方法根据自准原理，用已调整好的望远镜来进行。2测量顶角 转动载物台使AC面垂直于望远镜的光轴，由两个角游标读出望远镜的位置 、 ，即为AC面的法线位置；转动载物台使AB面垂直于望远镜的光轴，由两个角游标读出望远镜的位置 、 ，即为AB面的法线位置。重复测量三次，计算顶角 的平均值。列表记录测量数据。三测量低压汞灯中各单色光的最小偏向角及棱镜折射率（选做内容）1调节狭缝宽度，使光谱线细而清晰地成像在望远镜的分划板平面上。2认定一种单色普线，使谱线向入射光方向靠拢，即减小偏向角 ，继续转动载物台，并转动望远镜跟踪该谱线，直至棱镜继续沿着同方向转动时谱线逆转，此转折点即为相应于该谱线的最小偏向角位置。3通过望远镜观察所认定的那条单色谱线，并细心地重新观察载物台转动时的该谱线移动情形（注意：此时望远镜视场中叉丝线的竖线应能始终跟踪该谱线），使该单色谱线刚好在望远镜视场的垂直线处发生逆转（望远镜所在方位即是该单色谱线的最小偏向角位置）。4分别读出此时两游标上的相应读数 、 。5依次测出汞灯光谱中黄色、绿色、紫色三种单色谱线的最小偏向角的方位角读数。6移去三棱镜，将望远镜对准平行光管狭缝中点，读出两游标的相应读数 、 。7按 ，计算最小偏向角 min，重复测量三次，算出 min平均值。列表记录所有的测量数据，将测出的顶角 和最小偏向角 min代人式（.-），求出各单色光的折射率。并分析棱镜折射率随波长变化的规律。注意事项望远镜、平行光管上的镜头、三棱镜、平面镜的镜面不能用手摸、擦。严防三棱镜、平面镜磕碰或跌落。分光仪为精密仪器，各活动部分均应小心操作，应当轻轻推动可移动部件（例如望远镜、游标盘），而无法转动时，切记不可强制其转动，应分析原因后再进行适当调节。调节狭缝宽度时，千万不能使其闭拢，以免使狭缝受到严重损坏。在公式（5.1-1）中 与 是法线之间的夹角，在测量法线位置时，游标可能会越过刻度零点，如果，游标越过刻度零点，法线之间的夹角应等于 思考题用自准法调节望远镜时，如何判断分划板平面与物镜焦平面严格共面？已调好望远镜光轴与仪器转轴垂直后，载物台的倾斜状况能否再改变？测顶角时，若载物台、刻度盘和三棱镜整体发生了转动，对测量结果有无影响？调节望远镜光轴垂直于仪器中心轴时可能看到两类现象：（）由平面镜两个面反射的亮十字像都在上叉丝线的上方；（）由平面镜两个面反射的亮十字像，一个在上，一个在下。分析说明这两种情况主要是由望远镜还是载物台的倾斜而引起的？怎样调节能迅速使两个面反射像的水平线都和上叉丝线重合？光计的调节及其棱镜折射率的测定我们的生活离不开阳光，通常我们认为阳光是一种单色光（单一波长的光）。其实，笼罩在我们周围的光线本身是复色光（由两种或两种以上的单色光组成的光线），他是由不同波长波线的单色光组成的。 广义的说，具有周期性的空间结构或光学性能（如透射率、折射率）的衍射屏，统称光栅。光栅的种类很多，有透射光栅和反射光栅，有平面光栅和凹面光栅，有黑白光栅和正弦光栅，有一维光栅，二维光栅和三维光栅，等等。此次实验所使用的光栅是利用全息照相技术拍摄的全息透射光栅光栅的表面若被污染后不易清洗，使用时应特别注意。分光计是一种能精确测量角度的光学仪器，常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，以便测量出准确的结果。 摘要： 分光计是一种能精确测量折射角的典型光学仪器，经常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且操作复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，方能获得较高精度的测量结果。 1、了解分光计结构，学会正解调节和使用分光计的方法； 2、用分光计测量三棱镜的顶角； 3、学会用最小偏向角法测量三棱镜的折射率。三、实验仪器：分光计主要由五个部件组成：三角底座，平行光管、望远镜、刻度圆盘和载物台。图中各调节装置的名称及作用见表1。分光计各调节装置的名称和作用代号 名称 作用1 狭缝宽度调节螺丝 调节狭缝宽度，改变入射光宽度2 狭缝装置 3 狭缝装置锁紧螺丝 松开时，前后拉动狭缝装置，调节平行光。调好后锁紧，用来固定狭缝装置。4 平行光管 产生平行光5 载物台 放置光学元件。台面下方装有三个细牙螺丝7，用来调整台面的倾斜度。松开螺丝8可升降、转动载物台。6 夹持待测物簧片 夹持载物台上的光学元件7 载物台调节螺丝（3只） 调节载物台台面水平8 载物台锁紧螺丝 松开时，载物台可单独转动和升降；锁紧后，可使载物台与读数游标盘同步转动9 望远镜 观测经光学元件作用后的光线10 目镜装置锁紧螺丝 松开时，目镜装置可伸缩和转动（望远镜调焦）；锁紧后，固定目镜装置11 阿贝式自准目镜装置 可伸缩和转动（望远镜调焦）12 目镜调焦手轮 调节目镜焦距，使分划板、叉丝清晰13 望远镜光轴仰角调节螺丝 调节望远镜的俯仰角度14 望远镜光轴水平调节螺丝 调节该螺丝，可使望远镜在水平面内转动15 望远镜支架 16 游标盘 盘上对称设置两游标17 游标 分成30小格，每一小格对应角度 118 望远镜微调螺丝 该螺丝位于图141的反面。锁紧望远镜支架制动螺丝 21 后，调节螺丝18，使望远镜支架作小幅度转动19 度盘 分为360，最小刻度为半度（30），小于半度则利用游标读数20 目镜照明电源 打开该电源20，从目镜中可看到一绿斑及黑十字21 望远镜支架制动螺丝 该螺丝位于图141的反面。锁紧后，只能用望远镜微调螺丝18使望远镜支架作小幅度转动22 望远镜支架与刻度盘锁紧螺丝 锁紧后，望远镜与刻度盘同步转动23 分光计电源插座 24 分光计三角底座 它是整个分光计的底座。底座中心有沿铅直方向的转轴套，望远镜部件整体、刻度圆盘和游标盘可分别独立绕该中心轴转动。平行光管固定在三角底座的一只脚上25 平行光管支架 26 游标盘微调螺丝 锁紧游标盘制动螺丝27后，调节螺丝26可使游标盘作小幅度转动27 游标盘制动螺丝 锁紧后，只能用游标盘微调螺丝26使游标盘作小幅度转动28 平行光管光轴水平调节螺丝 调节该螺丝，可使平行光管在水平面内转动29 平行光管光轴仰角调节螺丝 调节平行光管的俯仰角四、实验原理： 三棱镜如图1 所示，AB和AC是透光的光学表面，又称折射面，其夹角 称为三棱镜的顶角；BC为毛玻璃面，称为三棱镜的底面。 1反射法测三棱镜顶角一束平行光入射于三棱镜，经过AB面和AC面反射的光线分别沿 和 方位射出， 和 方向的夹角记为 ，由几何学关系可知：2最小偏向角法测三棱镜玻璃的折射率假设有一束单色平行光LD入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射光线LD与出射光线ER间的夹角 称为偏向角转动三棱镜，改变入射光对光学面AC的入射角，出射光线的方向ER也随之改变，即偏向角 发生变化。沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，此位置时偏向角达到最小值，测出最小偏向角 。可以证明棱镜材料的折射率 与顶角 及最小偏向角的关系式为实验中，利用分光镜测出三棱镜的顶角 及最小偏向角 ，即可由上式算出棱镜材料的折射率 。实验内容与步骤：1分光计的调整 在进行调整前，应先熟悉所使用的分光计中下列螺丝的位置： 目镜调焦(看清分划板准线)手轮； 望远镜调焦(看清物体)调节手轮(或螺丝)；调节望远镜高低倾斜度的螺丝；控制望远镜(连同刻度盘)转动的制动螺丝；调整载物台水平状态的螺丝；控制载物台转动的制动螺丝；调整平行光管上狭缝宽度的螺丝；调整平行光管高低倾斜度的螺丝；平行光管调焦的狭缝套筒制动螺丝。(1)目测粗调。将望远镜、载物台、平行光管用目测粗调成水平，并与中心轴垂直(粗调是后面进行细调的前提和细调成功的保证)。(2)用自准法调整望远镜，使其聚焦于无穷远。调节目镜调焦手轮,直到能够清楚地看到分划板准线为止。 接上照明小灯电源，打开开关，可在目镜视场中看到如图4所示的“准线”和带有绿色小十字的窗口。 将双面镜按图5所示方位放置在载物台上。这样放置是出于这样的考虑：若要调节平面镜的俯仰，只需要调节载物台下的螺丝a1或a2即可，而螺丝a3的调节与平面镜的俯仰无关。 沿望远镜外侧观察可看到平面镜内有一亮十字，轻缓地转动载物台，亮十字也随之转动。但若用望远镜对着平面镜看，往往看不到此亮十字，这说明从望远镜射出的光没有被平面镜反射到望远镜中。我们仍将望远镜对准载物台上的平面镜，调节镜面的俯仰，并转动载物台让反射光返回望远镜中，使由透明十字发出的光经过物镜后（此时从物镜出来的光还不一定是平行光），再经平面镜反射，由物镜再次聚焦，于是在分划板上形成模糊的像斑（注意：调节是否顺利，以上步骤是关键）。然后先调物镜与分划板间的距离，再调分划板与目镜的距离使从目镜中既能看清准线，又能看清亮十字的反射像。注意使准线与亮十字的反射像之间无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除。如果没有视差，说明望远镜已聚焦于无穷远。 (3)调整望远镜光轴，使之与分光计的中心轴垂直。 平行光管与望远镜的光轴各代表入射光和出射光的方向。为了测准角度，必须分别使它们的光轴与刻度盘平行。刻度盘在制造时已垂直于分光计的中心轴。因此，当望远镜与分光计的中心轴垂直时，就达到了与刻度盘平行的要求。具体调整方法为：平面镜仍竖直置于载物台上，使望远镜分别对准平面镜前后两镜面，利用自准法可以分别观察到两个亮十字的反射像。如果望远镜的光轴与分光计的中心轴相垂直，而且平面镜反射面又与中心轴平行，则转动载物台时，从望远镜中可以两次观察到由平面镜前后两个面反射回来的亮十字像与分划板准线的上部十字线完全重合，如图6（c）所示。若望远镜光轴与分光计中心轴不垂直，平面镜反射面也不与中心轴相平行，则转动载物台时，从望远镜中观察到的两个亮十字反射像必然不会同时与分划板准线的上部十字线重合，而是一个偏低，一个偏高，甚至只能看到一个。这时需要认真分析，确定调节措施，切不可盲目乱调。重要的是必须先粗调：即先从望远镜外面目测，调节到从望远镜外侧能观察到两个亮十字像；然后再细调：从望远镜视场中观察，当无论以平面镜的哪一个反射面对准望远镜，均能观察到亮十字时，如从望远镜中看到准线与亮十字像不重合，它们的交点在高低方面相差一段距离如图6(a)所示。此时调整望远镜高低倾斜螺丝使差距减小为h/2，如图6(b)所示。再调节载物台下的水平调节螺丝，消除另一半距离，使准线的上部十字线与亮十字线重合，如图6(c)所示。之后，再将载物台旋转180o ，使望远镜对着平面镜的另一面，采用同样的方法调节。如此反复调整，直至转动载物台时，从平面镜前后两表面反射回来的亮十字像都能与分划板准线的上部十字线重合为止。这时望远镜光轴和分光计的中心轴相垂直，常称这种方法为逐次逼近各半调整法。 （4）调整平行光管 用前面已经调整好的望远镜调节平行光管。当平行光管射出平行光时，则狭缝成像于望远镜物镜的焦平面上，在望远镜中就能清楚地看到狭缝像，并与准线无视差。 调整平行光管产生平行光。取下载物台上的平面镜，关掉望远镜中的照明小灯，用钠灯照亮狭缝，从望远镜中观察来自平行光管的狭缝像，同时调节平行光管狭缝与透镜间的距离，直至能在望远镜中看到清晰的狭缝像为止，然后调节缝宽使望远镜视场中的缝宽约为1mm。 调节平行光管的光轴与分光计中心轴相垂直。望远镜中看到清晰的狭缝像后，转动狭缝（但不能前后移动）至水平状态，调节平行光管倾斜螺丝，使狭缝水平像被分划板的中央十字线上、下平分，这时平行光管的光轴已与分光计中心轴相垂直。再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差。 至此分光计已全部调整好，使用时必须注意分光计上除刻度圆盘制动螺丝及其微调螺丝外，其它螺丝不能任意转动，否则将破坏分光计的工作条件，需要重新调节。 2. 测量 在正式测量之前，请先弄清你所使用的分光计中下列各螺丝的位置：控制望远镜（连同刻度盘）转动的制动螺丝；控制望远镜微动的螺丝。(1)用反射法测三棱镜的顶角 使三棱镜的顶角对准平行光管，开启钠光灯，使平行光照射在三棱镜的AC、AB面上，旋紧游标盘制动螺丝，固定游标盘位置，放松望远镜制动螺丝，转动望远镜（连同刻度盘）寻找AB面反射的狭缝像，使分划板上竖直线与狭缝像基本对准后，旋紧望远镜螺丝，用望远镜微调螺丝使竖直线与狭缝完全重合，记下此时两对称游标上指示的读数 、 。转动望远镜至AC面进行同样的测量得 、 。可得 三棱镜的顶角 为 重复测量三次取平均。(2) 棱镜玻璃折射率的测定 分别放松游标盘和望远镜的制动螺丝，转动游标盘（连同三棱镜）使平行光射入三棱镜的AC面，如图3 所示。转动望远镜在AB面处寻找平行光管中狭缝的像。然后向一个方向缓慢地转动游标盘（连同三棱镜）在望远镜中观察狭缝像的移动情况，当随着游标盘转动而向某个方向移动的狭缝像，正要开始向相反方向移动时，固定游标盘。轻轻地转动望远镜，使分划板上竖直线与狭缝像对准，记下两游标指示的读数，记为 、 ；然后取下三棱镜，转动望远镜使它直接对准平行光管，并使分划板上竖直线与狭缝像对准，记下对称的两游标指示的读数，记为 、 ，可得 重复测量三次求平均。用上式求出棱镜的折射。五、实验注意事项：1望远镜、平行光管上的镜头，三棱镜、平面镜的镜面不能用手摸、揩。如发现有尘埃时，应该用镜头纸轻轻揩擦。三棱镜、平面镜不准磕碰或跌落，以免损坏。 2分光计是较精密的光学仪器，要加倍爱护，不应在制动螺丝锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。 3在测量数据前务须检查分光计的几个制动螺丝是否锁紧，若未锁紧，取得的数据会不可靠。 4测量中应正确使用望远镜转动的微调螺丝，以便提高工作效率和测量准确度。 5在游标读数过程中，由于望远镜可能位于任何方位，故应注意望远镜转动过程中是否过了刻度的零点。 6调整时应调整好一个方向，这时已调好部分的螺丝不能再随便拧动，否则会造成前功尽弃。 7望远镜的调整是一个重点。首先转动目镜手轮看清分划板上的十字线，而后伸缩目镜筒看清亮十字。六、思考题：1 分光计的调整有哪些要求？其检察的标准？答：几何要求：“三垂直”。即载物小平台的平面，望远镜的主光轴、平行光管的主光轴均必须与分光计的中心轴垂直。物理要求：“三聚焦”。即叉丝对目镜聚焦，望远镜对无穷远聚焦，狭缝对平行光管物镜聚焦。检验三垂直的标准：“四平行”。即载物小平台平面、望远镜的主光轴、平行光管的主光轴和读数刻度盘四者相互平行。检验三聚焦的标准：“三清晰”。即目镜中观察叉丝清晰，亮十字反回的像（绿十字）清晰，在望远镜中看到狭缝清晰。2 即是重点又是难点内容的望远镜系统如何调整？ 答：目测粗调打开小灯调节目镜，看清叉丝。在载物台上放双平面镜（位置如胶片图所示，为什么？），调节物镜（仰俯角和伸缩）和载物台（螺钉），使双平面镜两面有绿十字像并清晰、无视差，此时望远镜已聚焦无穷远。调整望远镜的光轴与分光计转轴垂直。使双平面镜两面有绿十字像。再用“减半逐步逼近法”使望远镜的光轴