分光计的调整与使用.docx

分光计的调整与使用实验内容1•测定棱镜顶角、最小偏向角2•测定棱镜材料的折射率教学要求1. 了解分光计的结构及各组成部件的作用2. 熟悉分光计的调整要求，掌握其调整技术实验器材分光计，双面镜，钠光灯，三棱镜光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面时，会发生反射和折射，光线将改变传 播的方向，结果在入射光与反射光或折射光之间就存在一定的夹角通过对某些角度的 测量，可以测定折射率、光栅常数、光波波长、色散率等许多物理量因而精确测量这 些角度，在光学实验中显得十分重要• •分光计是一种能精确测量上述要求角度的典型光学仪器，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 量结果分光计的调整思想、方法与技巧，在光学仪器中有一定的代表性，学会对它的调节 和使用方法，有助于掌握操作更为复杂的光学仪器对于初次使用者来说，往往会遇到 一些困难但只要在实验调整观察中，弄清调整要求，注意观察出现的现象，并努力运 用已有的理论知识去分析、指导操作，在反复练习之后才开始正式实验，一般也能掌握 分光计的使用方法，并顺利地完成实验任务。

• •实验原理三棱镜如图24-1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A图24-1三棱镜示意图1. 反射法测三棱镜顶角a如图24-2所示，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T3 和T方位射出，T和T方向的夹角记为0，由几何学关系可知:4 3 40 1 .a = - = -T - T2 2 4 3 1图24-2反射法测顶角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5称为偏向角，如图24-3所示图24-3最小偏向角的测定转动三棱镜，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8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8 可以证明棱镜材料的折射率n与顶角a及最小偏向角min的关系式为sin — （8 +a）2 minn =—.asm2实验中，利用分光镜测出三棱镜的顶角a及最小偏向角8 ，即可由上式算出棱镜min材料的折射率n。

操作步骤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：① 目镜调焦（看清分划板准线）手轮；②望远镜调焦（看清物体）调节手轮（或螺丝）；③调节望远镜高低倾斜度的螺丝；④控制望远镜（连同刻度盘）转动的制动螺丝；⑤调整 载物台水平状态的螺丝；⑥控制载物台转动的制动螺丝；⑦调整平行光管上狭缝宽度的 螺丝；⑧调整平行光管高低倾斜度的螺丝；⑨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① 调节目镜调焦手轮，直到能够清楚地看到分划板〃准线〃为止② 接上照明小灯电源，打开开关，可在目镜视场中看到如图24-4所示的“准线”和 带有绿色小十字的窗口图24-4目镜视场③ 将平面镜按图24-5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ai或a2即可，而螺丝a3的调节与平面镜 的俯仰无关平面橙图24-5平面镜的放置④ 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24-6(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24-6(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24-6(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24-6(c) 所示之后，再将载物台旋转180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图24-6亮十字像与分划板准线的位置关系(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① 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1mm② 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，如图24-7(a)所示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，位置如图24-7(b) 所示图24-7狭缝像与分划板位置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：①控制望远镜 (连同刻度盘)转动的制动螺丝；②控制望远镜微动的螺丝1)用反射法测三棱镜的顶角d•• 如图24-2所示，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T、T '。

转动望远镜至AC面进行同样的测量得T、T'可得3 3 4 44 4三棱镜的顶角d为1a =—20 二 |T - T1-6 +o'2 1 1重复测量三次取平均2)最小偏向角的测量 •• 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24-3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，固定游标盘轻准，记下对称的两游标指示的读数，记为T)6T6' ，可得15 =min 2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T、T5'； 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65重复测量三次求平均列表记录所有的数据，表格自拟注意事项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如越过刻度零点，则必须按式(3600 -0' -0|)来计算望远镜 的转角例如当望远镜由位置I转到位置II时，双游标的读数分别如下表所示：望远镜位置III左游标读数175 0 45'295 0 43'右游标读数355 0 45'115 0 43'由左游标读数可得望远镜转角为：役叫£ = 119058'由右游标读数可得望远镜转角为：P = 360—卩’-0 =1190 58'右 | 口 口6. —定要认清每个螺丝的作用再调整分光计，不能随便乱拧掌握各个螺丝的作用 可使分光计的调节与使用事半功倍•• 7.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•• 8.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 目镜筒看清亮十字问题讨论1.分光计调整的要求是什么？2•转动载物台上的平面镜时，望远镜中看不到由镜面反射的绿十字像，应如何调 节？3•分析分光计的设计原理。

4. 分光计为什么要调整为望远镜光轴与分光计中心轴相垂直？如果两者不垂直对测 量结果有何影响？5. 若平面镜两面的绿十字像，一个偏高，在水平线上方距离为a；另一个偏下，与 水平线距离为5a，应如何调节？• 6.用反射法测量三棱镜顶角时，为什么必须将三棱镜的顶角置于载物台中心附近？ 试作图说明。