分光仪的调节和使用

1、1目镜筒锁紧摞钉物胃 目链耳 乜物台5.1分光仪的调节和使用卖脸日的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 掌握自准法测量棱镜顶角的方法。仪麥用具分光仪、汞灯、平面反射镜、三梭镜。平行光笞或吻台调平螺丝（3个）/4-厶/z期涯鎭费锁紧燃钉密物台/算聚透镜/ /目這视度调节蜉平行光管幷轴倾斜调节螺乞电潭开关望远徴止动釀丝游标刻度圆盘/我物希紧堰丝图5. 1-1分光仪外世阳一.仪器介绍分光仪是用來测量角度的仪器，常用來测量折射率、光波波长、色散率、观测光谱等。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

2、刻度圆盘等儿部分组成。（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）自准直望远镜自准直望远镜的结构如图5.1-2所示，它由忖镜、分划板和物镜等组成。分划板上刻 有叉丝线（两条水平线、一条垂直线），在下方紧贴一块45。全反射小棱镜，其表而涂有 不透明薄膜，薄膜上刻有一个空心的十字窗口，照明灯光从管侧射入后，可在U镜视场中可看到义线线及十字窗口（如图5. 1-2目镜视场）。上义丝线的交义点与十字窗口的十字交 义点以中间的水平叉丝线上下对称。图5. 1-2自准直喘远镜结构图松开“日镜筒锁紧螺钉”，可以移

3、动日镜筒（日镜与分划板），改变分划板到物镜Z间 的距离。转动“日镜视度调节螺母”可改变日镜到分划板Z间的距离。架远镜光轴倾斜调 节螺丝可改变望远镜光轴的倾斜角度。（3）平行光管平行光管的结构如图5. 1-3所示，它是由一个宽度和位置均可调节的狭缝和一个会聚 透镜组成。松开“狭缝筒锁紧螺钉”，可以移动狭缝筒，改变狭缝到会聚透镜之间的距离。 当狭缝位于透镜的焦平面上时，凡是从狭缝进入平行光管的光线，通过透镜射出后都成为 平行光束。（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

4、”，载物台可以和游标盘一起绕分光仪的转轴转动。（5）游标刻度圆盘游标刻度圆盘与分光仪的中心转轴垂氏（分光仪出厂时己调榕好）。由于刻度圆盘的中 心与中心转轴的中心制作时不能完全雨介，因此在读数时会产生偏心差，如图5. 1-4所示, 中心转轴的中心为o,刻度圆盘的中心为o,当两中心雨介时，由相差180的两个角游标 （游标I、游标II）读出的转角刻度值相等4色=/叮 如果o与。不雨介，则两个角 游标读出的转角刻度值不相等5工久但是，由儿何关系可知AA = *（Ci A+G1A1）所以在转轴直径位置上设置两个角游标，测量某一转角a时，两个角游标同时测出转过的 角度为q和,则a =+这样可以消除仪器的偏

5、心差。图 5. 1-53#角称为三梭镜的顶角。A图 5. 1-6%_q| 和(5. 1-1)(5. 1-2)游标刻度圆盘由度盘和游标盘组成，度盘最小分度值为30,游标盘最小分度值为1, 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：9247r o2. 分光仪的调整为了准确测量角度，应调格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1E好处平行光管会聚透镜的焦平 面处。（3）电远镜和平行光管的主光轴一定要与分光仪屮心转轴相互垂氏。二.自准法测量棱镜的顶角三棱镜是实验室中重要的分光元

6、件，至少有两个透光的光学表面，称为折射面，其夹图5. 1-6为H准法测最三棱镜顶角的示意图，用己 调格好的分光仪，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OM,记录两个角游标的读数分别为q、备 然后使光线垂氏入射于AC面, 测出AC面的法线位置ON,两个角游标的读数分别为分、%。由两个角游标分别测得法线夹角 |%一&11|，则两法线之间的夹角卩为 卩=t（e： - q + 砒-閱）则顶角a = 180-5一.分光仪的调格1. 目测粗调LI测机调“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、载物台而、平行光管镜筒均大致处

7、丁水平状态，并与仪器屮心转 轴基本垂直。2. 用自准法调整望远镜聚焦于无穷远（1）接通分光仪电源，在日镜视场屮可看到分划板上的义丝线和被照亮的十字窗口， 旋转“目镜视度调节螺母”，改变Id镜到分划板之间的距离（Id镜对分划板调焦），苴到分 划板上的义丝线和十字窗口成像清晰为止。图5.1-8平hi镜在载物台上的位置（2）将平面镜按图5.1-8所示放置在载物台上。这样放置的原因是，若耍调节平面镜 的仰俯，只需调节载物台下的螺丝&或$即可，而螺线比的调节只能使镜面发生转动，不 能改变平面镜的仰俯角度。（3）转动载物台使平面镜与望远镜大致垂氏，然后左右缓缓转动载物台，从望远镜中 找到由平面镜反射冋來的

8、I字像（由丨字窗口中亮丨宇发出的克经卑远镜的物镜射出，然 后再经平面镜反射冋卑远镜中所成的像），如果看到的十字像不清晰，应放松冃镜筒锁紧螺 钉，移动冃镜筒，改变分划板到物镜之间的跖离，隨到十字像成像最清晰，并R十字像与 义丝线无视差（参看附录）。如有视差，首先检査义线线是否清晰，义丝线不清晰应反复调节目镜视度调节螺母使 其成像清晰：然后再检査反射冋来的十字像是否淸晰，十字像不清晰应反复调分划板到物 镜之间的距离使其呈像清晰，直至消除视差。即能看淸分划板上的义丝线，乂能看清反射 冋来的十字像。此时分划板恰好处在物镜的焦平面上，因此处在分划板上的发光十字通过 物镜发出來的光是平行光，经过平面镜反射

9、仍然是平行光，这束平行光通过物镜将聚焦于 分划板上。在忖镜中看到平行光所成的像是清晰的，即望远镜可以观察平行光，或者说望 远镜己聚焦无穷远，这种方法称为自准直法。如果在tl镜视场中看不到反射回來的亮十字像，应如何调节？此时首先检查粗调悄况, 然后应轻缓地转动栽物台，眼睛疔接沿與远镜外侧而向平而镜内观察，可在平而镜内看到 亮反射十字像（望远镜、平而镜、眼睛三者处在什么样的相对位置时才冇可能看到反射回 来的十字像?），调整眼睛的视线与望远镜筒的方向一致,调节“望远镜倾斜调节螺丝”, 使反射的I字像处在镜而的屮心位置上，然后通过口镜观察，在与望远镜筒垂直位置附近 缓缓转动镜而，一般可以看到平而镜反射

10、回來的亮十字像。3. 调整望远镜光轴与分光仪的中心转轴相垂直平行光管和里远镜的光轴各代表入射光和出射光的方向，为了准确测屋角度，必须分 别使它们的光轴与刻度盘平行，亥IJ度盘在制造时己垂直J：分光仪的中心转轴，因此，当望 远镜光轴与分光仪的中心轴垂宜时，就达到了与刻度盘平行的要求。平面镜仍竖苴置丁载物台上，如果望远镜光轴与平而镜镜面垂直，则反射回來的十字 像与分划板屮上叉丝线交叉点完全巫合，将载物台旋转180 （平面镜也随Z转过 180 ）,如果十字像与上叉丝线交叉点仍然完全重合，則说明興远镜光轴与分光仪的屮心轴垂 H （为什么？）。一般情况下，开始时它们并不巫合，需要耐心细致地调节，具体调节

11、步骤 如下：（1）忡先转动载物台使平面镜的一个面对准里远镜，从望远镜中找到由平面镜反射冋 來的十字像，然后再转动载物台使平面镜的另一面对准里远镜，从與远镜屮再一次看到由 另一面反射的十字像（此时不用考虑十字像与上叉丝线交义点是否重合，两个面都能看到 十字像即可）。(a)(b)(c)图 5. 1-9（2）用逐次逼近各半调胳法调胳望远镜的光轴。先用瑕远镜找到一个反射十字像，当 十字像与上义丝线交义点不重合时（如图5.1-9 （a）所示），此时调节“望远镜光轴倾斜 调节螺丝”使十字像与上义丝.线交义点之间的距离减小二分之一（如图5.1-9 （b）所示）, 再调节载物台下而的水平调节螺丝（內或比）消除

12、另一半距离，使上义丝线的交义点与亮 十字像重介（如图5.1-9 （c）所示）。再将载物台旋转180 ,使望远镜对准平而镜的另一 而，采用同样的方法调节，如此雨复调胳，直至转动载物台时，从平而镜前后两个而反射 回來的亮十字像都能与分划板的上义丝线的交义点重介为止。这时望远镜的光轴和分光仪 的中心轴相垂直，常称这种方法为逐次逼近各半调整法。此时望远镜的光轴己调胳完毕，不要再动望远镜的光轴调节螺丝。如果从望远镜中看不到反对的十字像（只看到一面或两个而都看不到），应注意（1） 粗调（望远镜筒、载物台而大致水平），（2）平面镜对准琨远镜，左右缓缓转动镜面，注意 观察视场变化，同时需要认真分析，不可盲LT

13、乱调图5. 1-10列出望远镜光轴与平而镜处 于不同方位时的儿种情况，请根据具体情况，确定调节措施。(a)望远镜光轴与中心轴垂直.平面镜与 中心轴有微小角度，十字像偏低，如果仰 角太大，则看不到十字像。(b)璽远镜詁轴与中心轴垂直,平面镜与 中心轴冇微小角度，十字像偏鬲，如果仰 角太人，则看不到I字像。(d)平面镜与中心轴平行，甲远镜与中心 轴冇微小角度十字像偏低，此时转动载物 台，使镜而转过180前后阳次I字像高度不 变。如果仰角太大,则看不到十字像。(c)平面镜与中心轴平行,望远镜与中心 轴有微小角度,十字像偏高。此时转动载物 台,使镜面转过180前后两次十字像高度不 变。如果仰角太大，则

14、看不到十字像图5. 1-104. 调整平行光管：使平行光管发出平行光、平行光管的光轴与仪器中心轴垂直。用前面己 调好的望远镜(适介于平行光、光轴与仪器中心轴垂直)为标准调节平行光管。(1)调楼平行光管产生平行光。取下载物台上的平而镜。用汞灯照亮狹缝，转动望远 镜，从垫远镜中观察來门丫行光管的狭缝像，放松“狭缝筒锁紧螺钉”，移动狭缝筒，改变狭缝像(a)(b)图51-11狭缝到会聚透镜之间的距离，百到看见清晰的 狭缝像，并与分划板上的义丝线无视差。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7.0看到清晰的狭缝像后，转动狭缝(但 前后

15、不能移动，保持狭缝像清晰)狭缝像呈水 平状态，调节“平行光管光轴倾斜调节螺丝”, 使水平狭缝像与中央义丝线巫合，如图5.1-11(a)所示,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Urto再把狭缝转至铅Fi位置，转动望远镜使 狭缝像与垂血义丝线重合，并需保持狭缝像最清晰而且无视差，如图5.1-11 (b)所示。至此，分光仪己全部调整好，使用时必须注意分光仪上的各个调节螺丝不能任意转动, 否则将破坏分光仪的工作条件，须重新调节。二用自准法测暈三棱镜的顶角a为确定三棱镜的两个光学而的法线位置，应调整三棱镜的两个光学（AC、AB）而的仰 俯角度，使两个光学面同时与分光仪的中

16、心轴平行。调胳方法根据门准原理，用己调整好 的望远镜进行调整。调整方法如下：1. 调节载物台下的三个调节螺丝，使载物台面大致水平。2. 为了便丁调节，三棱镜应按图5. 1-12所示的位置放置在载物台上，使载物台下的 三个调节螺丝的连线与三棱镜的三个侧而$rto如果调榕AB面的仰俯角度，则可调节比 或ax （ax 32的连线与AB而垂!1）；如果调整AC而的仰俯角度，则可调节&或弘Q氏的 连线与AC而垂直）。需要注意的是&即可以调节AC Ifil,也可以调节AB面,所以,调整AC面的仰俯角度时 可使用卸 调格AB面的仰俯角度时可使用aco但有些情况还需要调节&來改变AC或AB 面的仰俯角度，比如

17、：用望远镜对准AC面，需要调节內來改变AC面的仰俯角度，这样即 改变了 AC面,同时又破坏了 AB面的仰俯角度,这时需要调整直来恢复AB面的仰俯角度。3. 用白准法调榕两个光学面。缓缓转动载物台，使AC、AB面分别对准望远镜，都能 够找到反对回氷的I字像。AC面先对准琨远，调节勺或引使I字像与分划板的上义丝重合 （不可调节望远镜的光轴调螺丝，否则失去标准）此时AC面与准與远镜光轴垂用：然后使 AB面正对槊远镜，调节砂 使AB面与望远镜光轴垂克，再使AC面正对里远镜，调节矽 使AC面与琨远镜光轴垂片.，如此反复，直到两个光学面AB、AC反射冋来的亮十字像都与 上义线重介为止。这样，三棱镜的两个光

18、学而AB和AC同时与仪器中心轴平行。3 测最顶角a调格分光仪：游标盘的固定螺丝松开，载物台的固定螺丝锁紧，度盘固定螺丝锁紧， 累远镜固定。转动游标盘使AB面垂直于望远镜的光轴（看到什么现象时可以判断AB面与望远镜光 轴垂直？），由两个角游标读出望远镜的位置q、%,即为AB而的法线位置；转动游标盘 使AC而垂直于璽远镜的光轴，由两个角游标读岀望远镜的位置8；、研,即为AC而的法 线位置。根据公式（5. 1-1）、（5.1-2）计算顶角a。重复测量三次，计算顶角Q的平均值。 列表记录测量数据。注意：转动游标盘时观察游标的零点是否越过度盘的零点，如果有请参看注意枣项4.注盘事项1 望远镜、平行光管上的镜头、三棱镜、平面镜的镜而不能用手摸、擦。严防三棱 镜、平面镜磕碰或跌落。