分光计和测微目镜综合应用探究.docx

淮北师范大学2014届学士毕业论文 分光计和测微目镜综合应用探究分光计和测微目镜综合应用探究张译淮北师范大学物理与电子信息学院淮北235000摘要本文首先介绍了分光计和测微目镜的基本原理，然后对利用超声光栅测量液体中的声速、利用分光计做双棱镜干涉实验、借助光栅测量分光计望远镜物镜焦距、利用分光计测量狭缝宽度这四个实验的基本原理进行了介绍与分析，深入探究了分光计和测微目镜结合的可行性最后进行了总结，分光计和测微目镜结合开拓了一个新的综合性的实验项目，一方面对于以后学生对仪器的使用熟练程度得到了加强，另一方面对学生的开放性思维也起到一个很好的引导效果，这对于光学实验教学的改革也可以有较大的帮助关键词分光计；测微目镜；综合创新3TheResearchofComprehensiveApplicationsofSpectrometerandMicrometerEyepieceZhangyiSchoolofPhysicsandElectronicInformation,HuaibeiNormalUniversity,AnhuiHuaibei,235000AbstractThispaperfirstlyintroducesthebasicprincipleofspectrometerandmicrometereyepiece,thenintroducesandanalyzesthetheoryoffourexperiments:usingtheultrasonicgratingtomeasurethespeedofliquid,usingthespectrometertododoubleprisminterferenceexperiment,usingthegratingtomeasurespectrometertelescopefocallength,andusingthespectrometertomeasuretheslitwidth.Thistheoryexploresthefeasibilityofthecombinationofmicrospectrometerandthemeasuringeyepiece.Finally,theconclusionismadethatthecombinationdevelopsacomprehensivenewexperimentalproject.Ontheonehand,itstrengthensthestudents'proficiencyinusinginstruments,ontheotherhanid,alsoagoodexampletoguidethestudentstothinkopenly.Itisalsoofgreathelpontheopticalexperimentalteachingreform.KeywordsSpectrometer;Micrometereyepiece;Comprehensiveinnovation目次1引言12分光计和测微目镜原理简介12.1 分光计原理简介12.2 测微目镜原理简介33分光计和测微目镜综合应用实验项目43.1 利用超声光栅测液体中的声速43.2 在分光计上做双棱镜干涉实验63.3 利用分光计测狭缝的宽度73.4 借助光栅测分光计望远镜物镜焦距94总结10参考文献11致谢11淮北师范大学2014届学士毕业论文 分光计和测微目镜综合应用探究1引言目前高校对学生实验愈发重视，实验也从验证性逐步发展到综合性及设计性实验。

同时社会也亟需动手能力强，有思考能力的学生，对学生的动手能力、解决问题能力、创新能力要求较高这就要求高校对设计性实验必须给予一定的重视并开放，需要实验具有开放性、选择性、设计性，使学生在实验的过程之中产生启示、提高能力、拥有属于自己的创新精神，同时一些期刊已经刊登了一些有关学生实验创新的论文[1]-[3]0分光计是一种精密测量角度的光学实验仪器，测微目镜是一种可以放大物像并且测量距离的一种测量仪器，就目前情况来看，分光计和测微目镜在其各自的测量领域已经得到了充分的运用，比如利用分光计测量三棱镜的顶角和最小偏向角等实验项目，测微目镜同时也诸多运用到光学测量之中，但是分光计和测微目镜结合的实验测量应用却寥寥无几如果可以把分光计和测微目镜结合的实验进行组合创新，这样分光计和测微目镜两个实验仪器都可以得到更加充分的应用那么对打破了传统的实验器材的应用范围和对于以后学生的创新能力与动手能力的培养提供了一个新的方向都具有很大的积极意义2分光计和测微目镜原理简介2.1 分光计原理简介分光计的型号很多，但结构基本相同，主要有自准直望远镜、平行光管、载物台、刻度盘和游标盘等部分组成分光计的下部是个三角底座，中央有一个中心轴，望远镜、载物台和读数圆盘可绕中心轴转动。

其主要构造如图1所示一）自准直望远镜望远镜使用来观察平行光的分光计采用的是自准直望远镜它是有三部分组成，分别是目镜，叉丝分划板和物镜，分别装在不同的三个套筒之中，这三个套筒的直径各不相同，彼此可以通过滑动来调节焦距，如图2所示，装有一块圆形分划板的是中间的那一个套筒，具版面刻有“二卜”形叉丝，装有一块45全反射小棱镜是在分划板的下方紧贴着，刻有一个“+”形透光叉丝是存在于在与分划板相贴的小棱镜的指教面上这个叉丝（物）的像我们会在望远镜看到，处装小灯的小孔是在叉丝套筒上正对着小棱镜的另一个直角面上面的，小灯所发出的光由小孔被小棱镜全反射后，照亮分划板的方向是沿望远镜光轴方向的，有利于我们的调节和观测［4］图1分光仪结构图图2自准望远镜结构（二）平行光管在分光计上我们称产生平行光的部件是平行光管，其构造如图3所示在管的一端装有一个消色差的透镜，另一端有一个宽度可调的狭缝，狭缝装在一个可伸缩的套筒的一段伸缩套筒可把狭缝调到透镜的焦平面上，当平行光管外有光照亮狭缝时，通过狭缝德光经过透镜后就成为了平行光三）载物台载物台是一圆形平台，套装在游标盘上，可以绕中心轴转动，用来放置光学元件，如光栅、棱镜等。

平台之下有用来调节平台的螺钉四）读数装置读书圆盘由360°刻度盘和游标盘两部分组成，如图4所示，测量时，使望远镜带动刻度盘一起绕分光计的中心轴转动，而将游标盘锁定，保持游标盘上的游标位置不动刻度盘上的29个分度小哥对应于弯游标上的30个分度小格，刻度盘上最小的分度是30',因此，午安游标的最小分度是1'读书方法是根据弯游标的零刻度线所在的位置，读出刻度盘上的值，在独处弯游标上与刻度盘恰图4刻度盘和游标盘示意图2.2 测微目镜的原理简介（一）结构所谓的测微目镜就是指有测量微小距离作用的目镜，它主要由目镜、可移动的分划板、读数鼓轮等组成目镜把叉丝和被观测的像同时放大，不同的放大倍数其测量精确度不同，但是对测量数据不会产生影响，转动鼓轮，就可以左右移动叉丝分划板它的位置可以在外面直接读出二）读数方法测微目镜的读数过程和千分尺很相似在固定套管上我们可以直接读出毫米单位以上的数值；但是毫米以下的数值我们就只能通过鼓轮来进行读取当叉丝的移动距离为1毫米时，那么读数鼓轮就旋转一周，在鼓轮的圆周上有100个等分的分格，所以每一格所对应的数值就是为0.01毫米，然后在最后还应有一位估读的数字图5测微目镜视野观测图6测微目镜鼓轮观测3分光计与测微目镜综合应用的实验项目3.1利用超声光栅测液体中的声速我们称的超声光栅就是被超声波衍射的介质之中有光在其中传播的现象。

超声波在液体中的传播史是一种纵波，让介质分子产生周期性地变化是由于超声波的作用，从而进一步导致了产生相应的变化，这种变化是周期性的并且产生的是一种疏密波在这个时候如果垂直于超声波传播的方向上有一束单色的平行光通过这中具有疏密性质的液体时，就会产生衍射现象，这是一种类似光栅效果的作用，所以我们将其称为超声光栅沿如果在垂直于超声波传播的方向上有一束单色平行先入通过之前所说的液体的时候，由于周期性的折射率的变化使的光波的波表面产生了与之相互对应的位相差，在经过经透镜的聚焦作用使之出现相应的衍射条纹我们会发现这种出现衍射条纹的现象与平行光经过光栅之后所产生的情形非常相似这之中最主要的原因是因为超声波的波长很短，只要满足液体槽的宽度能够保证平面波的正常传播，那么槽中的液体在此时的作用就类似于一个衍射光栅[5]0当发生衍射之时我们所需要的是满足光喇曼-奈斯衍射条件：2n?J/A2«1结合这种与平面光栅衍射相似的衍射条件，我们可以得到下面的光栅方程：Asin中小卜九(k=0,1,2,3……)k在调好的分光计上，我们放上液体槽，那么我们就会发现经单色光源和平行光管就组成了这个实验的平行光系统，如图7所示：S图7超声光栅声速仪衍射光路图当一束平行光垂直通过装有超声波发生装置的液槽，在穿过玻璃槽的之后，我们用自准直望远镜中的物镜L2和测微目镜组成测微望远系统来进行观测如果我们让超声波发生装置来发出稳定的驻波，那么我们从测微目镜之中就会观察到类似于光栅衍射的衍射光谱，由图7可知，当平很小时，有ks晨k=1kf在上式之中1k是衍射光谱零级到k级之间的距离；f为物镜L2的焦距，所以我们可以得到超声声波的波长二二k'.sin卜=k'flk超声波在液体中的传播速度v-...一,f二1k在上式之中中的V我们可以理解为是超声波发生器所产生的共振频率，△1k为同一色光栅衍射条纹间距。

在本实验中我们需要利用测微目镜来测量由超声光栅所产生的衍射条纹，所以在理论上，分光计和测微目镜是可以测量液体中声速的3.2 在分光计上做双棱镜干涉实验大学物理实验的光学部分其中有一个实验是菲涅尔双棱镜干涉测光波波长的实验，其所主要调节的仪器就是光具座，这个实验原理虽然比较简洁明了，但是如果在光具座上进行就会遇到诸多难题，此时我们为了规避这么多的问题，我们可以选择将本实验放在分光计上来进行，不仅可以结合测微目镜一起使用，同时也方便调节其实验原理具体如下［6］：从准直管发出的平行光束射向双棱镜时将折射成为如图七所示的2束相干平行光，在叠加区域内会产生干涉条纹［7］,其条纹间距为网：X二'sinisin2当日1和日2很小时，X二?1'7|2因此我们只要测出干涉条纹间距原以及折射后的2束平行光之间的夹角日1+日2,就可以计算出所测光波的波长，即'=X（11,12）本实验借助分光计和测微目镜进行双棱镜干涉实验，即使二者实验仪器有机的结合同时也使得做双棱镜干涉实验步骤以及误差相对减少在这个实验中，我们主要做的就是将分光计上的高斯目镜替换成测微目镜，我们在测微目镜的实验中就会观察到干涉条纹，然后我们进行读数，只有这样，我们才能根据条纹问距来推算出光波波长。

图9测条纹图82束平行光的干涉原理图3.3 利用分光计测量未知狭缝的宽度在开放的公共的大学物理实验中有测量光栅常数这一实验，既然利用分光计可以测得光栅常数d,那么光栅的缝宽也可以得到而光栅又是由多个狭缝组而成，则一个单独的狭缝也可以用分光计测得理论如下：在光栅测量中有这一公式由此公式我们可以跟据其他量来求最后一个未知量，则根据拓展，一束平行光通过狭缝后会有我们已知平行光通过狭缝会发生干涉则#淮北师范大学2014届学士毕业论文 分光计和测微目镜综合应用探究为明条纹的公式；则就为暗条纹的公式在实际观察中明条纹不容易测量，而暗条纹容易测量，则我们选用为计算公式在二级暗。