《大学物理实验分光计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理实验分光计（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 3.17 分光计的调节和使用分光计的调节和使用【实验简介实验简介】分光计是一种精确测量角度的典型光学仪器，常用来测量光学材料的折射率、光波波长、光学元件的色散率及观测光源的光谱等。分光计的调节思想、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，有助于操作更复杂的光学仪器。【实验目的实验目的】1了解分光计的结构和工作原理。2掌握分光计的调节要求和调节方法。3学会用分光计测量玻璃三棱镜的折射率。【预习思考题预习思考题】1分光计在测量角度之前应处于什么状态？为什么要处于该状态？2自准直法调节望远镜接受平行光的主要步骤是什么？判断望远镜已调节到可以接受平行光的标准是什么？3利用双面镜
2、调节望远镜光轴与中心轴垂直时，为什么要转动载物台使双面镜0180两个面反射的十字像均与分划板上方叉丝重合？只调一面行吗？4如何调节和判断平行光管出射平行光、平行光管的光轴与中心轴垂直？【实验仪器实验仪器】分光计、汞灯、双面反射镜、三棱镜。【实验原理实验原理】1 1分光计的结构分光计的结构分光计由望远镜、平行光管、载物台、读数装置和三角底座五部分组成。图 3.17.1 是它的全貌。1.狭缝装置 2.狭缝套筒锁紧螺钉 3.平行光管 4.载物台 5.载物台调平螺钉 6.载物台锁紧螺钉 7.望远镜 8.分划板套筒锁紧螺钉 9.自准目镜 10.目镜视度调节手轮 11.望远镜光轴俯仰调节螺钉 12.望远镜
3、光轴水平方向调节螺钉 13.望远镜微调螺钉 14.刻度盘与望远镜固连螺钉 15.望远镜止动螺钉（在背面） 16.刻度盘 17.游标盘 18.游标盘微调螺钉 19.游标盘止动螺钉 20.平行光管光轴水平方向调节螺钉 21.平行光管光轴俯仰调节螺钉 22.狭缝宽度调节手轮图图 3.17.13.17.11.1 三角底座三角底座中心有竖轴，称为分光计的中心轴。轴上装有可绕中心轴转动的望远镜和载物台。1.2 平行光管平行光管的作用是产生平行光。平行光管由物镜和狭缝装置组成。松开螺钉 2，可前后移动狭缝装置，使狭缝位于物镜的焦平面上，则平行光管产生平行光。调节手轮 22 可改变狭缝的宽度。调节平行光管俯仰
4、螺钉 21，可使平行光管光轴水平。1.3 望远镜望远镜的作用是确定光线传播的方向。它由目镜、分划板和物镜组成，如图 3.17.2，它们分别装在三个套筒中，彼此可以相对移动。分划板上刻有形分化线，下方小棱镜的直角面上有一个透光十字，小电珠发出的光经小棱镜改变方向后从透光十字出射。转动目镜视度调节手轮 10,可在目镜视场中看090到图 3.17.2a 所示情景。若在物镜前放一平面镜，松开螺钉 8，前后移动分划板套筒使分划板落在物镜的焦平面上，则透光十字出射的光经物镜后成为平行光入射到平面镜上，经平面镜反射光再经物镜汇聚在分划板平面上形成透光十字的像。若平面镜与望远镜光轴垂直，则此像落在分划板分化线
5、上方叉丝上，如图 3.17.2b 所示。1.4 载物台用于放置待测样品或光学元件。载物台下方三个螺钉（b1、b2、b3）用来调节台面水平。松开螺钉 6，可以升降载物台。拧紧螺钉 6 可将载物台与游标盘 17 固连在一起，此时松开螺钉 19，载物台可随游标盘转动，并可通过读数装置读出载物台转过的角度。1.5 读数装置由刻度盘与游标盘组成。分光计出厂时已将刻度盘、游标盘调到与中心轴垂直。拧紧止动螺钉 14，刻度盘和望远镜固连在一起。游标盘上相隔处有两个角游标。拧紧止动180o螺钉 19 时，游标盘与中心轴的相对位置固定；松开螺钉 19，游标盘可绕中心轴转动。若固定游标盘，刻度盘和望远镜固连，望远镜
6、转动时，可由刻度盘、游标盘读出望远镜转过的角度。2 2分光计的调节分光计的调节分光计使用时必须满足下列要求：（1）望远镜聚焦无穷远（即接受平行光） ；望远镜光轴与中心轴垂直；（2）平行光管出射平行光；平行光管光轴与中心轴垂直。调节前应先对照实物和结构图熟悉仪器，了解各个调节螺钉的作用。调节时应先粗调后细调。粗调（凭眼睛观察） 从分光计侧面观察，分别调节望远镜俯仰调节螺钉11和平行光管俯仰调节螺钉21，使望远镜和平行光管的光轴尽量与刻度盘平行，调节载物台调平螺钉使载物台尽量与刻度盘平行（即与主轴垂直） 。细调2.1 望远镜的调节2.1.1 自准直法调节望远镜聚焦无穷远（1）转动目镜视度调节手轮
7、10,在目镜视场中看清分划板。（2）接通小电珠电源，并把双面反射镜按图 3.17.3 放到载物台上。当需要改变镜面图图 3.17.33.17.3 倾角时，调节螺钉 b1 或 b2 即可。（3）眼睛通过目镜观察，同时转动载物台改变平面镜的方向，当平面镜镜面与望远镜光轴垂直时可看到一亮斑，松开螺钉 8，前后移动分划板套筒，改变分划板与物镜之间的距离，使亮斑成清晰的绿十字像；左右移动眼睛观察，同时细心移动分划板套筒，使绿十字像与黑色叉丝间无视差，锁紧螺钉 8。2.1.2 渐进法调节望远镜光轴垂直于中心转轴（1）调节俯仰调节螺钉 11，使绿十字像与分划板上方叉丝重合。（2）将载物台转，从双面镜的另一面
8、找到反射的绿十字像，若十字像与分划板上0180方叉丝不重合如图 3.17.4a，则调节螺钉 b1 或 b2，使绿十字像与分划板上方叉丝位移减少一半如图 3.17.4b；然后调节俯仰调节螺钉 11，使反射回来的绿十字像与分划板上方叉丝重合如图 3.17.4c。图图 3.17.43.17.4（3）重复步骤（2） ，直到载物台转过前后，双面镜两个面反射的十字像均与分划180o板上方叉丝重合。2.2 平行光管的调节2.2.1 调节平行光管出射平行光（1）打开光源照亮狭缝，将望远镜正对平行光管，从目镜中观察狭缝像。（2）松开螺钉 2，前后移动狭缝装置，使狭缝清晰地成像在分划板平面，锁紧螺钉 2。2.2.
9、2 调节平行光管光轴与望远镜光轴重合调节俯仰螺钉 21，使狭缝像被分划板中心水平线均分。3 3刻度盘的读数刻度盘的读数刻度盘被等间隔的分为 720 分，分度值为，游标被分为 30 格，分度值为。读05 . 01数时，从游标零刻度前读出刻度盘以上的读数，再从游标上读出与刻度盘某刻度对齐05 . 0的分数。两数相加即为角度的读数。图 3.17.5 读数为。012116图图 3.17.53.17.5 图图 3.17.63.17.6为了消除刻度盘刻度中心与转轴中心不重合引入的偏心误差，在游标盘直径的两oo边各装一游标。测量时，两个游标都要读数，然后算出每个游标始、末两次读数差的平均值，即为转过的角度。
10、图 3.17.6 表示分光计存在偏心误差的情形。刻度盘绕中心转轴转过角度，但从读数装置上读取的是和，由几何原理知o12， ， 21 122 2)(212121或 )()(21 2“ 2 1“ 1上式说明两游标读数的平均值即为实际转角。4 4测量玻璃三棱镜的折射率测量玻璃三棱镜的折射率如图 3.17.7 所示,三角形 ABC 表示三棱镜的横截面，BC 为底面，AB、AC 为光学面，两光学面的夹角 A 称为三棱镜的顶角。入射光线 LD 经三棱镜两次折射后，沿 ER 方向出射。入射光线 LD 与出射光线 ER 所成的角，称为偏向角。偏向角随着入射角的变化而变化，可以证明，如果入射光线和出射光线处于三
11、棱镜对称位置，偏向角最小，称为最小偏向角。棱镜玻璃的折射率与棱镜顶角 A、最小偏向角有如下关系：nminsin/sin22mAAn+=（3.17.1）图图 3.17.73.17.7将待测材料制成三棱镜，用分光计测出棱镜的顶角 A、最小偏向角，由上式可求得m棱镜的折射率。n【实验内容与步骤实验内容与步骤】1 1调节分光计调节分光计按照分光计的调节要求，使其满足使用状态。2 2调节三棱镜的主截面与中心轴垂直调节三棱镜的主截面与中心轴垂直按图 3.17.8 把三棱镜放到载物台上。为下面测量的需要，载物台宜放低些。调节b1，载物台以连线 b2、b3 为轴转动，光学面 AC 的倾斜度改变，而 AB 则在
12、自己的光学面内运动，法线方向不变。同理，调节 b2，光学面 AB 的倾斜度改变时，也不影响光学面 AC。 图图 3.17.83.17.82.1 松开螺钉 15，转动望远镜对准 AC 面，调节螺钉 b1，使 AC 面反射的绿十字像与分划板上方叉丝重合。2.2 转动望远镜对准 AB 面，调节螺钉 b2，使 AB 面反射的绿十字像与分划板上方叉丝重合。2.3 重复步骤 2.1、2.2，反复调节，直到光学面 AC、AB 都能达到自准。至此三棱镜主截面已垂直于中心轴从而保证了反射光、折射光均在与刻度盘相平行的主截面内。注意注意在测量顶角 A 和最小偏向角时，应避免三棱镜相对于载物台发生移动m和转动，更不
13、可调节螺钉 b1、b2、b3。 3 3测量汞灯某条谱线的最小偏向角测量汞灯某条谱线的最小偏向角m3.1 找谱线：松开螺钉 19，转动载物台，使三棱镜 AC 面与平行光管光轴夹角大约，用眼睛迎着出射光方向看到 AB 面中谱线，然后将望远镜转到眼睛和谱线之间，此时030可从望远镜中看到谱线。图图 3.17.113.17.113.2 找最小偏向角：转动载物台，使谱线向入射光线方向靠近，同时转动望远镜跟踪其中一条谱线。当载物台转到某一位置时，若继续按原方向转动，谱线将向反方向移动，谱线反转处即为最小偏向角的位置，用螺钉 19 锁紧载物台。3.3 记录最小偏向角对应的出射光位置：转动望远镜使竖直叉丝对准
14、谱线，锁紧望远镜止动螺钉 15，用微调螺钉 13 和 18 配合反复调节，确认分划板竖直叉丝对准最小偏向角时的谱线，记下两游标读数。21,3.4 记录入射光位置：不取下棱镜（开始时载物台调得较低，平行光管出射光束的一小部分可经棱镜上方直接进入望远镜中） ，松开螺钉 15，转动望远镜并利用微调螺钉 13 使竖直叉丝对准狭缝像，记下两游标读数。 2 1,注意，注意，此时不可转动载物台，不可调节螺钉 18，不可松开螺钉 19。 由图 3.17.11 可知，（3.17.2）)()(212 21 1m3.5 重复 3.3、3.4，测量 6 次，求平均值。4 4自准直法测三棱镜的顶角自准直法测三棱镜的顶角
15、 A A（选做）（选做）4.1 如图 3.17.9 转动望远镜对准 AB 面，锁紧望远镜中心止动螺钉 15，用微调螺钉 13调节绿十字像与分划板上方叉丝重合，记录两游标读数。21,4.2 转动望远镜对准 AC 面，重复 4.1，记录两游标读数，由图 3.17.9 可知 2 1,（3.17.3）)()(211802 21 10A图图 3.17.93.17.9 【注意事项注意事项】1光学元件要轻拿轻放，以免损坏，切忌用手触摸光学面。2分光计是较精密的光学仪器，要倍加爱护，不要在止动螺钉锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。3测量数据前务须检查分光计的几个止动螺钉，应该锁紧的是否锁紧，若未锁紧，读取的数据会不可靠。4测量中应正确使用望远镜及游标盘的微调螺钉，以便提高工作效率和测量的准确度。5在读取数据过程中，应注意望远镜的转动是否经过刻度盘的零点，若经过刻度盘的零点，则该游标的读数应加上 360 度。【数据记录与处理数据记录与处理】表表 测量最小偏向角 ；_；A= 仪nm_； 1)(1295. 0nntUnimim
