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1、北航物理实验研究性报告专题:分光仪的调整及其应用第一作者：陈凯学号：10031074班级：100323班第二作者：刘汉鹏学号：59000225班级：100323班目录目录2摘要 错误 !未定义书签。一、实验目的 错误 !未定义书签。二、实验原理与步骤 错误 !未定义书签。1、分光仪的调整 32、三棱镜顶角的测量（反射法） 43、棱镜折射率的测量（最小偏向角法）.：4三、实验仪器 5四、数据记录与处理 ：5五、讨论与总结 ：9摘要：分光仪是分光测角仪的简称，它能较精确地测量平行光线 的偏转角度。借助它并利用反射、折射、衍射等物理现象，可完成全 偏振角、晶体折射率、光波波长等物理量的测量，其用途十
2、分广泛。 近代摄谱仪，单色仪等精密光学仪器也都是在分光仪的基础上发展而 成的。本文主要讨论分光仪调整及其应用的过程中实验步骤、实验数据处理、误差分析及实验总结等问题。一、实验目的1. 了解分光仪的构造及其主要部件的作用；2. 学习并掌握分光仪的调节原理与调节方法；3. 掌握自准直法和主次逼近调节法，巩固消视差技术;4. 学会用反射法测量三棱镜的顶角。二、实验原理与步骤1. 分光仪的调节原理（1）根据自准直原理，当叉丝位于物镜焦平面时，叉丝与小十字 刻线的反射像共面，即绿十字与叉丝无视差，此时望远镜聚焦于无穷 远。（2）若望远镜光轴垂直于平面及反射镜镜面， 且平面镜镜面与仪 器主轴平行，则望远镜
3、光轴必垂直于仪器主轴，此时若将载物台仪器 主轴旋转180，使平面镜另一面对准望远镜，望远镜光轴仍将垂直于平面镜（3）使平行光管产生平行光，当被光所照明的狭缝刚好位于透镜 的焦平面时，平行光管射出平行光；调节平行光管光轴与仪器主轴垂 直，望远镜光轴与平行光管平行。实验步骤：（1）粗调，调节水平调节螺钉，使望远镜居支架中央，并目测调 节望远镜俯仰螺钉，使光轴大致与主轴垂直，调节载物台下方3个螺 钉外伸部分等长，使平台平面大致与主轴垂直。（2）调整望远镜，在载物平台上放置平面反射镜，调节目镜，改 变目镜与叉丝分化板之间的距离，直至看清分化板上的双十字形叉 丝。旋转载物台，改变平面反射镜沿水平方向的方
4、位，直至在旋转载 物台的过程中，总可以在某一位置通过目镜看到一个绿色十字。（3）调节望远镜光轴与仪器光轴垂直，使得平面镜绕主轴旋转 180度，绿色小十字始终都落在上叉丝中心为止。（4）平行光管的调整，将已调好的望远镜对准平行光管，拧动狭 缝宽度调节手轮，打开狭缝，松开狭缝套筒锁紧螺钉，前后移动狭缝 套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中无视差地看到边缘清晰的狭 缝像时，平行光管即发出平行光。2. 三棱镜的测量原理（反射法）反射法测三棱镜顶角必须使望远镜的光轴旋转平面垂直于待测顶 角A的两个光学平面AB AC0 =A4_+ig） A=0 /2为了消除偏心差的影响，采用对径法读数，左边游标开始时读数
5、为一, 右边读数为一当望远镜或载物台转过某一角度后，左边游标读数二， 右边I,可以由左边的读数得到其转角：=_-_,由右边读数得到其 转角-_=-；_，然后取其平均， = I -1 - 1-11.棱镜折射率的测量（最小偏向角法）如图所示，测出棱镜的最小偏向角二，可以导出:sin三、实验仪器分光仪，屏幕反射镜，三棱镜，钠光及电源四、原始数据与处理1三棱镜顶角的测量编号12345%36003002025035190814056氏180212018704110113212%2402180221303170122055民60101931029250720059e11959119581200120812
6、02A595930595906040600060 1其中 A=;根据实际测量的数值，的表 达式可 能进行调整，将A的单位化为度，则有：44A59.99259.98360.06760.00060.01760.012计算A的不确定度:宀、；-=0.0835游标盘的准确度为1贝S其误差限为1,故：60=0.0096则.：亠=0.08： 最终结果可以表示为:為土 pU) = 60.01+ 0.0832.棱镜折射率的测量123452924526130215 0180 4252 301125081303530039132 293434531228266372314110331163501322786 15
7、136283 32551050575195056512其中=T . 一 ，.，【或.h| |二.-；| 一L - 3|.将1单位改为度并求其平均值:虽s51.050.95851.15050.95251.033口51.066=sin其中A由前一实验测得：A泪r 口站-一 带入数据得：n=1.65=0.03711F面计算：的不确定度:旳=早=0.0096V3由曲-二.所以）i帥j -故“山+V.心）14 =0.08fS +_ AA . /(5 -F jcos (2)in 至一 cos 2 sin | 厂p.0682UC5) = 0.03 8qS+ACOS c20.022c + A2 sin-=0.
8、07- ,计算n的不确定度分量:折射率的最终结果为n二-.一 Lu .五、讨论与总结1. 误差分析本实验误差来源主要如下：(1) 实验环境为光线较暗的封闭实验室，所以仪器调整、现象观察、 数据记录都比较容易出差错，长时间的实验更是容易使人眼睛 疲劳，造成读数误差；(2) 光学仪器固然精密，但仍免不了仪器本身给实验带来的误差， 例如读数转盘的齿轮间隙就可能给实验数据带来误差。2. 实验难点我认为本次实验的难点在于分光仪的调整，因为能否调整好直接 影响到后面的实验进行。其中调好是指满足两个条件：入射光与出射 光均为平行光；入射光与刻度盘平面平行，但出射光未调至与刻度盘 平面平行。需要分别先后调整自
9、准直望远镜和平行光管， 这一过程需 要一直通过接目镜观察现象，由于需要慢慢调节并且耗费眼力所以需 要有耐心，这样才能调节成功。3. 实验感想感觉这次实验在光学中算比较难的，整个实验过程一刻也没有松 懈，做得比较累，即使实验之前预习了本实验内容，实验前也有认真 听老师讲解实验要点，但实验开始后，真动起手来才感觉到实验不好 做，首先载物台的调节要用三颗调节螺丝， 方法不对的话可能很长时 间都不能调好自准直望远镜，必须严格按照粗调、调整望远镜聚焦于无穷远、调整望远镜光轴与仪器主轴垂直这几个顺序，并且每一步都 要尽量做好，这样下一步才更好做。调节的难度大概和迈克尔逊干涉 仪的调整相当。实验过程中实验老师给与了我很多帮助， 包括耐心细 致的指导，亲手操作演示，让我在遇到困难时能很快解决，节约了时 间。最后，第三个实验中不确定度的计算方法也让我收获不小，因为 之前做的实验中误差处理时都是直接测量量不确定度的合成，而这次实验中折射率的表达式中含有最小偏向角， 三棱镜的顶角这两个测量 量，所以在计算折射率的不确定度时用到了间接测量量不确定度的合 成方法，即、一厂一二I ，式中- -,u.-是输入量的-标准差，它代表的不确定度。在以后的实验中可能还 会用到，所以现在最好就掌握这个公式。
