实验8分光计的调节和使用.doc

实验8分光计的调节和使用一. 实验目的1. 了解分光汁的结构，学习正确调节和使用分光计的方法2. 用分光计测定三棱镜的顶角二. 实验仪器分光计、平面反射镜、三棱镜、汞灯等三. 实验原理分光计是一种能精确测量角度的光学仪器用它町以测定光线偏转角度，如反射角、折 射角、衍射角等等，而不少光学虽（如光波波长、折射率、光栅常数等）可通过测虽相关介 度來确定了解分光计的结构，正确调节分光计，対减小测量误差、提高测量精度是十分重 要的1. 分光计的结构分光计主要由平行光管、望远镜、载物台和读数装置四部分组成，其结构如图（3-8-1） 所示平行光管用來发射平行光，望远镜用來接收平行光，载物台用来放置三棱镜、平而镜、 光栅等物体，读数装置用来测量角度分光计上有许多调节螺丝，它们的代号、名称和功能见下表:代号名称功能1平行光管光轴水平调节螺丝调节平行光管光轴的水平方位（水平而上方位调节）2平行光管光轴高低调节螺丝调节平行光管光轴的倾斜度（铅直面上方位调节）3狭缝宽度调节手轮调节狭缝宽度（0.02〜2. 00mm）4狭缝装置固定螺丝松开时，调平行光；调好后锁紧，以固定狭缝装置5载物台调平螺线（3只）台面水平调节（本实验中，川来调平面镜和三棱镜折 射面平行于中心轴。

6载物台固定螺丝松开时，载物台可单独转动、升降，锁紧后，使载物 台与游标盘固联7叉丝套简固定螺丝松开时，叉丝套筒可自山伸缩、转动（物镜调焦）；调 好后锁紧，以固定叉丝套筒8H镜调焦轮目镜调焦用（调节8,可使视场中叉丝清晰）图3-8-3阿贝目镜式望远镜的结构和视场9望远镜光轴高低调节螺丝调节望远镜光轴的倾斜度（铅直而上方位调节）10望远镜光轴水平调节螺丝（在图后侧）调节望远镜光轴的水平方位（水平而上方位调节）11望远镜微调螺丝（在图后侧）在锁紧13后，调11可使望远镜绕中心轴微动12刻度盘与望远镜固联螺丝松开12,两者可相对转动;锁紧12,两者固联,才能 一起转动13望远镜止动螺丝（在图后侧）松开13,可用手大幅度转动塑远镜；锁紧13,微调螺 丝11才起作用14游标盘微调螺丝锁紧15后，调14可使游标盘作小幅度转动15游标盘止动螺丝松开15,游标盘能单独作大幅度转动；锁紧15,微调 螺丝14才起作用图3-8-2角游标的读数示例分光计的读数装置由刻度盘和游标盘两部分纟II成刻度盘分为360最小分度为半度 （30）,半度以下的也度可借助游标准确读出游标等分为30格，游标的这30小格正好跟 刻度盘上的29小格对齐，因此知道游标上1小格为29,游标上1小格与刻度盘上1小格 两者之差为r ,即分光计最小分度为r o山此可知游标上n小格与刻度盘上n小格相差n。

角游标的读法与直游标（如游标卡尺）相似，以游标零线为基准，先读出人数（人于 30’的部分），再利用游标读出小数（小于30的部分），大数跟小数Z和即为测量结果现 举二例见图3-8-2o在生产分光计时，难以做到使望远镜、刻度盘的旋转轴线与分光计中心轴完全重合为 消除刻度盘与分光计中心轴偏心而引起的课羌，在游标盘同一条肓径的两端各装一个读数游 标测最时两个游标都应读数，然后分别算出每个游标两次读数之差，取其平均值作为测最 结果用双游标消除偏心误差的原理详见附注2. 分光计的调节概括地说，分光计的调整要求是：使平行光管出射平行光；望远镜适合于接收平行光; 平行光管和望远镜的光轴等高并与分光计中心轴垂直在正式调整前，先目测粗调：使望远镜和平行光管对准；将载物台、望远镜和平行光管人致 调水平，使它们大致垂至于分光计中心轴这一步很重要，只冇做好粗调，才能按下列步骤 进一步细调（否则细调难以进行）：调整望远镜使其达到下而两条要求（望远镜是山物镜镜筒、义丝套筒和目镜镜筒三部分 组成义丝到目镜和物镜的距离皆可调节常用的阿贝目镜式望远镜的结构和视场如图3-8-3 所示）:图3-8-4平血镜在载物台上的放法① 用口准法调节望远镜，使Z适合丁•接收平行光：点亮望远镜侧窗的 照明灯将义丝照亮，旋转移动目镜使叉丝位于目镜焦平血上，此时义丝看 得很清楚。

再按图3-8-4所示位置，将平面反射镜置于载物台上（镜面朝 望远镜）然后缓慢转动载物台，同时调节叉丝套筒（改变叉丝与物镜间距）, 从望远镜中找到由平而镜反射回来的模糊光斑（如果找不到，则粗调没有 达到要求，应重调）找到光斑后进一步细调叉丝套筒，光斑逐渐变变成清 晰的绿色小亮“十”字（它是义丝平面上小黑十字的反射像，为绿色小亮 「字）当叉丝位于物镜焦平面上时，叉丝发出的光经过物镜示成为平行光,平行光经平面镜反射再次通过物镜后仍成像于叉丝平面此吋，从口镜小 可同时看清叉丝与绿色小亮“十”字，且两者无视差至此，叉丝既落在 冃镜焦平面上又落在物镜焦平面上，望远镜已适合于接收平行光各镜筒 间的相对位置就不应改变了要补充说明的是，叉丝套筒在调节过程中应做适当转动，使竖直叉丝 平行于分光计中心轴（怎样鉴别是否已达到了这一要求？）② 使望远镜光轴垂直于分光计中心轴：望远镜调好焦后，从目镜小能同时看淸义丝和绿色小亮“十”字，且 两者无视差但绿色小亮“十”字一般不处于小黑十字的对称位迸（aa‘线）上其原因可 能是望远镜光轴未乖直中心轴，也可能是平而镜镜而与中心轴不平行，或者两者兼有为使 望远镜光轴垂直中心轴，调整方法如下:首先检查平面镜正反两面分别正对望远镜时，视场中是否都能找到绿色小亮“十”字（如 果找不到或只找到一个，说明粗调不合格，应进一步调整）。

然后用螺丝9调节望远镜光轴 倾斜度，使绿色小亮“十”字到3*线的距离减小一半，再调载物台螺丝6 （或GQ使两 者重合把载物台转180使平面镜的反面止对望远镜，再次用“各半调节法”同样调节 如此反复调节，直到平血镜任一面正对望远镜时，视场中的绿色小亮“十”字都落在调整叉 丝aa上时为止此时，望远镜光轴就与中心轴垂直了调节过程小，不必刻板地运用“各半调节法”若发现正反两面的反射像纵向位移较大, 说明平面镜镜面与中心轴明显不平行，就应侧重调节螺丝G或G,如果纵向位移不大，但 反射像都远离aa‘线，这表明望远镜光轴与中心轴明显不乖直，就该侧重调节螺丝9 了2）调整平行光管①调整平行光管使之出射平行光：平行光管是由两个可以札I对滑动的套简纟R成的，外筒 上装有一组消色差透镜，内筒外端装有一个宽度可调的狭缝调节时先取下载物台上的平面镜，点亮汞灯使Z正照狭缝然后一边调节平行光管上狭 缝和透镜的间距，•边用调好焦的望远镜对准平行光管观察当狭缝正好调到透镜焦平面上 吋，平行光管就出射平行光由于望远镜已适合于接收平行光，因此平行光射入望远镜后将 在叉丝平而成像这时从望远镜中能看到清晰的与叉丝无视差的狭缝像。

这就是说，我们是以调好焦的望远镜视场中，能否产生清晰的、无视差的狭缝像作为判据，來判别平行光管出射的光是否是平行的②使平行光管光轴与分光计中心轴垂直：调节螺丝3使狭缝像宽约1mm多，再转动狭缝 使狭缝像平行于竖直叉丝，然后调节平行光管光轴水平调节螺丝1和高低调节螺丝2,把狭 缝像精确调到视场中心且被十字叉丝所等分至此，平行光管与望远镜的光轴重合且与分光 计中心轴垂直四. 实验内容1. 调整分光计按分光计的调幣要求和调节方法，正确调节分光计至正常T作状态2. 调节三棱镜图3-8-5三棱镜的放法要使三棱镜两折射面与分光计中心轴平行（即与已调好的望远镜光轴垂 直）1） 将三棱镜按图3-8-5那样平放在载物台上图中ABC表示三棱锐的横 截面，AB、AC、BC是三棱镜的三个侧面•其中，AB、AC两个侧面是透光的光学 表血（称为折射面）、侧血BC是毛玻璃面（称为底面）三棱镜两折射血的夹角 Q称为顶许J放置三棱镜时，顶角要靠近载物台，折射面要与载物台下调 平螺丝的连线垂肓2） 转动载物台，使三棱镜的一•个折射面正对望远镜调节载物台调平螺 丝，使亮“十”字形反射像落在调整叉丝aa^0转动载物台使另一折射面正 对望远镜，再按上述方法重新调节。

来回反复调节几次，肓到两个折射面都垂 肓于望远镜光轴为止注意：调节过程中只能调节载物台下的调平螺丝，不能 动望远镜下的方位调节螺丝3. 用反射法测三棱镜顶角转动载物台，使三棱镜顶角対准平行光管，让平行光管射出的光束照在三棱镜两个折射 面上（见图3-8-6）o将望远镜转至I处观测反射光，调节望远镜微调螺丝（11）,使望远镜图3-8-6用反射法测三棱镜顶角竖肓叉丝对准狭缝像中心线再分别从两个游标（设左游标为A, 右游标为B）读出反射光的方位角&人、然后将望远镜转至II 处观测反射光，相同方法读出反射光的方位角"a、％由图3-8-6 可以证明顶角为：要求测量3次以上，求平均值和不确定度，数据表格白拟 每次测蜃完示可以稍微变动载物台位置，再测下一次五. 注意事项（1） 三棱镜要轻拿轻放，要注意保护光学表而，不要用手触 摸折射面2） 用反射法测顶角时，三棱镜顶角应靠近载物台中央放置 （即离平行光管远一些）否则反射光不能进入望远镜3）在计算望远镜转角时，要注意望远镜转动过程中是否经过刻度盘零点，如经过零 点，应在相应读数加上360或减去360 ）后再计算六•问题讨论（1） 在载物台上放置三棱镜吋，为什么耍使折射面垂直丁•载物台调平螺丝的连线?（2） 不用汞灯和平行光管，利用望远镜口身产生的平行光来测三棱镜顶角的方法称为自 准法。

试川自准法测三棱镜顶角，并说明测量原 理和方法图3-8-7消除偏心谋差原理图（3）试利用图3-8-6,证明反射法测三棱镜顶角的测量公式U=仇o |七.附注：双游标消除偏心误差 原理测量时，游标盘、载物台均与分光计整体固 联，而望远镜与刻度盘固联并绕白身转轴0转动 当望远镜（刻度盘）绕0轴转过一个角度时，通 过安装在游标盘对径上的两个游标分别测得转角为和＜Pb ,而相对于分光计中心轴0 来说 转角为0由于0轴跟0不一定重合，一般情况 下0工久北但由几何原理可知（见图3-8-7）：而（p = aA^aB* 0 = +）1可见，两个游标所测转角的平均值即为望远镜（刻度盘）札I对于中心轴实际转过的角度 因此，使用这种双游标读数装置可以消除偏心误差。