分光仪的调整

1、u 背景介绍背景介绍u 实验目的实验目的u 实验原理实验原理u 实验内容实验内容u 注意事项注意事项一、背景介绍一、背景介绍 分光仪是一种精确测量分光仪是一种精确测量平行光线偏转角度平行光线偏转角度的光学仪的光学仪器。可直接测量三棱镜的器。可直接测量三棱镜的顶角顶角、最小偏向角最小偏向角、光栅、光栅的的衍射角衍射角；还能确定与这些角度有关的物理量，如；还能确定与这些角度有关的物理量，如折射率折射率、光波波长光波波长、色散率色散率及及光栅常数光栅常数等，也可用等，也可用作多种光学现象的定性观察。作多种光学现象的定性观察。 分光仪比较精密，结构较复杂，使用时分光仪比较精密，结构较复杂，使用时必须严

2、格按必须严格按照一定的步骤进行调整照一定的步骤进行调整，才能得到较高精度的测量，才能得到较高精度的测量结果。结果。 分光仪的调整原理、方法和技巧，在光学仪器中具分光仪的调整原理、方法和技巧，在光学仪器中具有一定的有一定的代表性代表性。二、实验目的二、实验目的(1)(1) 了解分光仪的结构及其主要部件的作用了解分光仪的结构及其主要部件的作用(2)(2) 掌握分光仪的调节原理与调节方法掌握分光仪的调节原理与调节方法(3)(3) 掌握自准直和逐次逼近调节法掌握自准直和逐次逼近调节法, ,巩固消视差调节技巩固消视差调节技术术(4)(4) 学会三棱镜的顶角和折射率的测量学会三棱镜的顶角和折射率的测量三、

3、实验原理三、实验原理1. 1. 分光仪的结构分光仪的结构载物台载物台平行光管平行光管望远镜望远镜读数盘读数盘三、实验原理三、实验原理6 6颗重点螺钉：颗重点螺钉：载物载物台与游标台与游标盘连接螺钉盘连接螺钉游标盘游标盘 固紧螺钉固紧螺钉望远镜望远镜 固紧螺钉固紧螺钉游标盘游标盘 微调螺钉微调螺钉望远镜望远镜 微调螺钉微调螺钉位于望远镜位于望远镜固紧螺钉的固紧螺钉的对称位置对称位置主度盘主度盘 固紧螺钉固紧螺钉2 2分光仪的读数系统分光仪的读数系统读数系统由主刻度盘和游标盘组读数系统由主刻度盘和游标盘组成。游标盘在对径方向有两个游成。游标盘在对径方向有两个游标刻度，目的是为了消除主度盘标刻度，目

4、的是为了消除主度盘与游标盘之间的偏心差。与游标盘之间的偏心差。测量时要测量时要同时记下两游标的示数同时记下两游标的示数，真正的转角真正的转角q 为两个游标分别读为两个游标分别读出的转角出的转角q1 和和q2的平均值：的平均值：三、实验原理三、实验原理)(2121qqq游标共分游标共分3030小格，而主刻度盘最小分度为小格，而主刻度盘最小分度为0.50.5 ，所以分光，所以分光仪读数系统的仪读数系统的准确度为准确度为1 1 ，仪器误差也为，仪器误差也为1 1 。三、实验原理三、实验原理观察现象时游标盘要松开。测量时，将游标置于平行光管观察现象时游标盘要松开。测量时，将游标置于平行光管的两侧，当光

5、学元件摆放合理后，将游标盘固定。的两侧，当光学元件摆放合理后，将游标盘固定。读数时，先读游标读数时，先读游标0 0刻线所对主度盘的度数刻线所对主度盘的度数（注意是否过半（注意是否过半度线）度线），再读游标上第几根线与刻度盘刻线对准，此即为分。，再读游标上第几根线与刻度盘刻线对准，此即为分。 例如：图示刻度应读为例如：图示刻度应读为 _ 。 352352 5353 三、实验原理三、实验原理3 3分光仪的调整分光仪的调整调整调整目标：目标： 二二个个无限远无限远，三三平面平行平面平行 二二个个无限远无限远 望远镜和平行光管均聚焦于无限远望远镜和平行光管均聚焦于无限远 三三平面平面 刻度盘平面、观察

6、平面、待测光路平面刻度盘平面、观察平面、待测光路平面具体要求：平行光管具体要求：平行光管出射平行光出射平行光，望远镜，望远镜接收平行光接收平行光，且它们的且它们的光轴垂直于仪器主轴光轴垂直于仪器主轴。（1 1）目测）目测粗调粗调（至关重要至关重要）目测望远镜垂直主轴、目测望远镜垂直主轴、载物载物平台平台的的3 3个个螺钉伸出等长螺钉伸出等长调整调整目标：目标：使旋转平面镜使旋转平面镜180 前后均可见绿十字前后均可见绿十字三、实验原理三、实验原理（2 2）调望远镜聚焦于无限）调望远镜聚焦于无限远远依据依据：自自准直准直原理原理标志标志：绿十字与叉丝无视差绿十字与叉丝无视差自准直自准直原理光路图

7、原理光路图f透光小十字叉丝透光小十字叉丝步骤：步骤： 将平面镜置于载物台上将平面镜置于载物台上 调节调节焦距至叉丝清晰焦距至叉丝清晰 调节调节焦距至绿十字清晰焦距至绿十字清晰现象：现象：绿十字与叉丝无视差（像不模糊）绿十字与叉丝无视差（像不模糊） 望远镜接收平行光（叉丝分划板在物镜焦平面上）望远镜接收平行光（叉丝分划板在物镜焦平面上）半调法半调法三、实验原理三、实验原理（3 3）调望远镜光轴垂直于主轴）调望远镜光轴垂直于主轴 （使观察平面与刻度盘平行）（使观察平面与刻度盘平行）标志标志：正反两面绿十字正反两面绿十字均均与上叉丝重合与上叉丝重合方法：半调法；或根据实验现象判断并方法：半调法；或根

8、据实验现象判断并消除主要不平因素消除主要不平因素步骤：步骤： 调节调节望远镜俯仰望远镜俯仰螺钉螺钉，使绿十，使绿十字与上叉丝的偏离减少一半字与上叉丝的偏离减少一半 调节调节载物台螺钉载物台螺钉b b或或c c ，使绿使绿十字与上叉丝重合十字与上叉丝重合 旋转载物台旋转载物台180180 ，重复以上步重复以上步骤，直到正反两面绿十字均骤，直到正反两面绿十字均与上叉丝重合与上叉丝重合俯仰螺钉俯仰螺钉若若望远镜中观察到的情形望远镜中观察到的情形如如图图所所示示，仅考虑垂直偏差仅考虑垂直偏差，提，提问：问： 设设望远镜已垂直于主轴，当平台转过望远镜已垂直于主轴，当平台转过180180 后绿十字在何处后

9、绿十字在何处？结论：结论：平台平台的不平使两绿十字反向的不平使两绿十字反向运动运动三、实验原理三、实验原理 设平面镜已平行于主轴，当平台转过设平面镜已平行于主轴，当平台转过180180 后绿十字在何处？后绿十字在何处？结论：结论：望远镜的不平使两绿十字同向运动望远镜的不平使两绿十字同向运动注意：调好后，望远镜的焦距和俯仰切不可再动！注意：调好后，望远镜的焦距和俯仰切不可再动！或或 旋转狭缝套筒旋转狭缝套筒9090 ，使使狭缝像的狭缝像的固定边固定边与水平叉丝重合，与水平叉丝重合，其后其后将狭缝转至与纵丝重合将狭缝转至与纵丝重合三、实验原理三、实验原理（4 4）调）调平行光管平行光管聚焦聚焦于无

10、限于无限远远依据依据：透镜成像原理：透镜成像原理（狭缝处于透镜焦平面时出射平行光）（狭缝处于透镜焦平面时出射平行光）标志标志：狭缝像与叉丝无视差狭缝像与叉丝无视差（狭缝像边缘清晰）（狭缝像边缘清晰）方法：调节平行光管物距方法：调节平行光管物距（5 5）调平行光管光轴垂直仪器主轴）调平行光管光轴垂直仪器主轴原理：原理：平行光管与望远镜共轴，则其与主轴垂直平行光管与望远镜共轴，则其与主轴垂直标志：狭缝像中点与中心叉丝重合标志：狭缝像中点与中心叉丝重合方法：调节平行光管俯仰螺钉，使狭缝像中点在水平叉丝上方法：调节平行光管俯仰螺钉，使狭缝像中点在水平叉丝上或或 旋转狭缝套筒旋转狭缝套筒9090 ，使狭

11、缝像的，使狭缝像的固定边固定边与水平叉丝重合，与水平叉丝重合，三、实验原理三、实验原理（6 6）调整三棱镜调整三棱镜（使待测光路平面与观察平面平行）（使待测光路平面与观察平面平行）原理：自准直原理原理：自准直原理（使望远镜与两光学面垂直）（使望远镜与两光学面垂直）标志标志：两光学面的绿十字均与上叉丝重合：两光学面的绿十字均与上叉丝重合步骤：步骤： 如图放置三棱镜，使其待测顶角如图放置三棱镜，使其待测顶角 A A位于平台中心位于平台中心附近，同时保证附近，同时保证三边三边分别与平台三条径线平行分别与平台三条径线平行 望远镜对准某光学面望远镜对准某光学面( AB )( AB )，调整，调整与另一光

12、学面平行径线下的螺钉与另一光学面平行径线下的螺钉( a )( a )，使绿十字与上叉丝重合，使绿十字与上叉丝重合 望远镜对准另一光学面望远镜对准另一光学面( AC )( AC )，与上步同理，调整与，与上步同理，调整与前一个平面前一个平面( AB )( AB )平行的平行的( b )( b )螺钉，也使绿十字与上螺钉，也使绿十字与上叉丝重合叉丝重合注意：此部分只能调节平台螺钉，切不可变动望远镜！注意：此部分只能调节平台螺钉，切不可变动望远镜！ab三、实验原理三、实验原理4 4三棱镜顶角三棱镜顶角的的测量测量（1 1）反射法）反射法转动平台使三棱镜顶角对准平行转动平台使三棱镜顶角对准平行光管，用

13、望远镜观察从光管，用望远镜观察从ABAB、ACAC面反面反射的狭缝像射的狭缝像和和，测量其转过的角，测量其转过的角度度，则，则三棱镜的顶角三棱镜的顶角 A=A=/2/2（2 2）自准法）自准法对准对准ABAB、ACAC面法线面法线（绿十字）（绿十字），测出光线测出光线、间的夹角间的夹角，则顶角，则顶角A=180A=180 - -注意：仅用自准法测顶角成绩最高为注意：仅用自准法测顶角成绩最高为3 3分！分！三、实验原理三、实验原理5 5玻璃折射率的测量玻璃折射率的测量（1 1）最小偏向角法（三棱镜）最小偏向角法（三棱镜）转动载物台转动载物台（改变入射角）改变入射角），同同时转望远镜跟踪、观察折射

14、线时转望远镜跟踪、观察折射线，当，当其出现其出现逆转逆转时，此时，此转折点转折点即最小偏向即最小偏向角位置，读取该位置与入射光角位置，读取该位置与入射光（狭缝（狭缝像）像）之间的夹角之间的夹角minmin，则由折射定律，则由折射定律可得棱镜折射率可得棱镜折射率式中，式中，A A为三棱镜顶角，由前一实验测出。为三棱镜顶角，由前一实验测出。（2 2）掠入射法（三棱镜）掠入射法（三棱镜）单色扩展光源（透过毛玻璃）单色扩展光源（透过毛玻璃）以约以约9090 角掠入射棱镜角掠入射棱镜ABAB面，在面，在ACAC侧面观察时，出现侧面观察时，出现明暗视场明暗视场，其其交界线交界线就是入射角就是入射角i i1

15、 19090 时光时光线的出射方向。测出交界线线的出射方向。测出交界线与与ACAC面法线面法线（绿十字）（绿十字）间夹角间夹角i i1 1 minmin ，则可得三棱镜折射率，则可得三棱镜折射率式中，式中，A A为三棱镜顶角，由前面实验测出。为三棱镜顶角，由前面实验测出。三、实验原理三、实验原理（3 3）干涉法（平板玻璃）干涉法（平板玻璃）取下平行光管狭缝套筒，如取下平行光管狭缝套筒，如图将毛玻璃、平面镜放在载物台图将毛玻璃、平面镜放在载物台上，转动载物台可从望远镜中看上，转动载物台可从望远镜中看到环状干涉条纹。到环状干涉条纹。产生干涉现象的原理，是单产生干涉现象的原理，是单色光在平板玻璃下表

16、面形成多光色光在平板玻璃下表面形成多光束干涉，相邻两束光线的光程差束干涉，相邻两束光线的光程差为为2dn3cosi ，故产生圆环形等倾干，故产生圆环形等倾干涉条纹。转动平板玻璃，使视野涉条纹。转动平板玻璃，使视野中的条纹向外转过中的条纹向外转过N条，则有条，则有三、实验原理三、实验原理毛玻璃毛玻璃)sin(sin223kNkNdnqq四、实验内容四、实验内容1070113 分光仪的调整分光仪的调整 （必做）（必做）课堂检查：课堂检查：第第1次次望远镜调整完成，取下平面镜之前望远镜调整完成，取下平面镜之前应满足：应满足： 绿十字与叉丝无视差绿十字与叉丝无视差 正反两面绿十字与上叉丝重合正反两面绿

17、十字与上叉丝重合 转载物台绿十字沿上叉丝移动转载物台绿十字沿上叉丝移动第第2次次三棱镜调整完成三棱镜调整完成应满足：应满足： 两光学面绿十字均与上叉丝重合两光学面绿十字均与上叉丝重合 平行光管狭缝像与叉丝无视差平行光管狭缝像与叉丝无视差 狭缝像被水平叉丝平分或转狭缝像被水平叉丝平分或转90 后狭缝像固定后狭缝像固定边与水平叉丝重合。边与水平叉丝重合。四、实验内容四、实验内容1070212 反射法测量三棱镜的顶角反射法测量三棱镜的顶角 课堂检查：顶角测量完成，检查现象和数据课堂检查：顶角测量完成，检查现象和数据1070312 最小偏向角法测量三棱镜的折射率最小偏向角法测量三棱镜的折射率课堂检查：

18、找到最小偏向角位置、测量数据课堂检查：找到最小偏向角位置、测量数据1070322 掠入射法测量三棱镜的折射率掠入射法测量三棱镜的折射率课堂检查：看到掠入射分界线、测量数据课堂检查：看到掠入射分界线、测量数据1070412 平板玻璃折射率的测量平板玻璃折射率的测量课堂检查：测量数据课堂检查：测量数据注意：每次测量结束务必保留仪器状态，等待教师检查！注意：每次测量结束务必保留仪器状态，等待教师检查！五、实验要求和数据处理五、实验要求和数据处理实验要求：实验要求： 每个实验都要改变主刻度盘重复测量每个实验都要改变主刻度盘重复测量5 5次次 原始数据列表表示原始数据列表表示数据处理：数据处理： 计算三棱镜顶角计算三棱镜顶角A及其不确定度及其不确定度u(A)（反射法反射法） 计算三棱镜折射率计算三棱镜折射率n1 及其不确定度及其不确定度u(n1)