分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測(cè)定

1、分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測(cè)定實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 分光儀是一種能精確測(cè)量角度的典型光學(xué)儀器，常用來(lái)測(cè)量折射率、光波波長(zhǎng)、色散率和觀測(cè)光譜等。由于該裝置比較精密,操縱控制部件較多而復(fù)雜，故使用時(shí)必須按一定的規(guī)則嚴(yán)格調(diào)整，方能獲得較高精度的測(cè)量結(jié)果。 對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，往往會(huì)遇到一些困難，但只要在調(diào)整，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，明確調(diào)整要求，注意觀察現(xiàn)象，并努力運(yùn)用已有的理論知識(shí)去分析，指導(dǎo)操作，一般是能夠掌握的。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1.了解光學(xué)測(cè)角儀的主要構(gòu)造，了解光學(xué)測(cè)角儀的主要構(gòu)造，正確掌握調(diào)整光學(xué)測(cè)角儀的要正確掌握調(diào)整光學(xué)測(cè)角儀的要求和方法。求和方法。2.2.測(cè)定三棱鏡的頂角，觀察三測(cè)定三棱鏡的頂角，觀察三棱鏡對(duì)汞燈的色散

2、現(xiàn)象。棱鏡對(duì)汞燈的色散現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)原理 三棱鏡如右圖所示，三棱鏡如右圖所示，ABAB和和ACAC是透光的光是透光的光學(xué)表面，又稱折射學(xué)表面，又稱折射面，其夾角面，其夾角 稱為三稱為三棱鏡的頂角；棱鏡的頂角；BCBC為為毛玻璃面，稱為三毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。棱鏡的底面。C1 . 自 準(zhǔn) 法 測(cè) 量 三 棱 鏡 的 頂 角自 準(zhǔn) 法 測(cè) 量 三 棱 鏡 的 頂 角 右圖是自準(zhǔn)右圖是自準(zhǔn)法測(cè)量三棱鏡法測(cè)量三棱鏡頂角的示意圖頂角的示意圖)()(21)(2122112111 利用望遠(yuǎn)鏡自身產(chǎn)生平行光，固定望遠(yuǎn)鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)，先使棱鏡AB面反射的十字像落在分劃板上“”準(zhǔn)線上部的交點(diǎn)上(即望遠(yuǎn)鏡光軸與三

3、棱鏡AB面垂直)，記下刻度盤對(duì)稱游標(biāo)的方位角讀數(shù)1、2。然后再轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)使AC面反射的十字像與“”準(zhǔn)線的上交點(diǎn)重合（即望遠(yuǎn)鏡光軸與AC面垂直），記下讀數(shù)、 （注意與 為同一游標(biāo)讀得的望遠(yuǎn)鏡方位角，而 2與則為另一游標(biāo)上讀得的方位角），兩次讀數(shù)相減即得頂角 的補(bǔ)角 。 =180- ， 可以證明：21212.反射法測(cè)量三棱鏡的頂角 右圖是反射法測(cè)量三棱鏡頂角的示意圖。將三棱鏡放在截物臺(tái)上，使平行光管射出的光束投射到棱鏡的兩個(gè)折射面上，從棱鏡左面反射的光可將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至處觀察，使用望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲使“”準(zhǔn)線的中心垂直線對(duì)準(zhǔn)反射狹縫像，從兩個(gè)游標(biāo)上讀出方位角讀數(shù) 和 ，再將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至處觀測(cè)從棱鏡右面反射的

4、狹縫像，又可分別讀得方位角 和 。由圖可以證明三棱鏡的頂角 ：12 412221112實(shí)驗(yàn)儀器 分光儀 雙面鏡 低壓汞燈（連鎮(zhèn)流器） 三棱鏡 照明小燈等光學(xué)測(cè)角儀簡(jiǎn)介：載 物 臺(tái)載 物 臺(tái)平行光管平行光管望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)裝置讀數(shù)裝置準(zhǔn)準(zhǔn) 線線目視鏡場(chǎng)目視鏡場(chǎng)透光窗透光窗目鏡目鏡分劃板分劃板小棱鏡小棱鏡小電珠小電珠物鏡物鏡(1)自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡（阿貝式）部分阿貝式自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡由目鏡，分劃板及物鏡三部份組成。分劃板上刻的是“”形準(zhǔn)線，在邊上粘有一塊45全反射小棱鏡，其表面上涂有一層不透明薄膜，薄膜上刻了一個(gè)空心十字窗口，小電珠光 從管側(cè)射入后，調(diào)節(jié)目鏡前后位置，可在望遠(yuǎn)鏡目鏡視場(chǎng)中看到圖中所示的景象。

5、若在物鏡前放一平面鏡，前后調(diào)節(jié)目鏡（連同分劃板）與物鏡的間距，使分劃板位于物鏡的焦平面上時(shí)，小電珠發(fā)出透過(guò)空心十字窗的光經(jīng)物鏡后成平行光射于平面鏡，反射光經(jīng)物鏡后在分劃板上形成十字窗口的像。若平面鏡面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直，此象將落在“”準(zhǔn)線上部的交叉點(diǎn)上,如下圖所示:反射像反射像平面鏡平面鏡自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡光路圖自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡光路圖(2)平行光管部份： 平行光管的一端裝有會(huì)聚透鏡，另一端內(nèi)插入一套筒，其末端為一寬度可調(diào)的狹縫，如下圖所示。當(dāng)狹縫位于透鏡的焦平面上時(shí)，能使照在狹縫上的光經(jīng)過(guò)透鏡后成為平行光。平行光管平行光管光源光源狹縫狹縫會(huì)聚透鏡會(huì)聚透鏡(3)載物小平臺(tái)部份： 載物小平臺(tái)用以放置待測(cè)物體，

6、臺(tái)下有三個(gè)調(diào)平螺釘a1、a2、a3，可調(diào)整平臺(tái)的水平位置，如下圖所示。載物小載物小平臺(tái)平臺(tái)112233（4）讀數(shù)裝置部份： 讀數(shù)裝置由刻度圓盤和沿園盤邊相隔180對(duì)稱安置的兩個(gè)游標(biāo)T、T組成，如右圖所示?？潭葓A盤分成360，最小分度為半度（30），小于半度的讀數(shù)利用游標(biāo)讀出。游標(biāo)上有30格，故游標(biāo)上的讀數(shù)單位為1。角游標(biāo)讀數(shù)方法與一般游標(biāo)相同，如下圖所示的位置，角游標(biāo)讀數(shù)方法與一般游標(biāo)相同，如下圖所示的位置，先讀出游標(biāo)0刻線左邊所指刻度盤的度數(shù)（必須注意是否超過(guò)半刻度線），再讀出游標(biāo)上第幾根線與刻度盤刻線對(duì)準(zhǔn)，然后將二次所讀的數(shù)相加即可。上圖中先讀出8730，再讀出15，兩者相加即： 8730

7、+ 15= 8745兩個(gè)游標(biāo)對(duì)稱放置是為了消除刻度盤中心與分光計(jì)中心軸線之間的偏心差，測(cè)量時(shí)要同時(shí)記下兩游標(biāo)所示的讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、分光儀的調(diào)節(jié)一、分光儀的調(diào)節(jié)1.目測(cè)粗調(diào)目測(cè)粗調(diào)為了準(zhǔn)確測(cè)出角度，根據(jù)分光儀的工作條件，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡和平行光管光軸與光學(xué)測(cè)角儀中心軸嚴(yán)格垂直，一般可以先用目測(cè)法進(jìn)行粗調(diào)。首先調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸水平方位調(diào)節(jié)螺釘使望遠(yuǎn)鏡光軸對(duì)準(zhǔn)分光儀中心軸，調(diào)整平行光管光軸水平方位調(diào)節(jié)螺釘使平行光管光軸對(duì)準(zhǔn)分光儀中心軸。接看調(diào)整望遠(yuǎn)鏡和平行光管的仰角調(diào)節(jié)螺釘，使望遠(yuǎn)鏡和平行光管呈水平狀態(tài)。最后調(diào)整載物臺(tái)三只調(diào)平螺釘，使載物臺(tái)上臺(tái)面與固定座四周間隙相等。2.用自準(zhǔn)法調(diào)整望遠(yuǎn)鏡： (1)點(diǎn)亮照

8、明小燈，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡并調(diào)節(jié)目鏡與 分劃板間的距離，直至看清分劃板上的“準(zhǔn)線”和帶有綠色的小十字窗口。（2）將雙面鏡按圖示方法置于載物臺(tái)上，雙面鏡平面 與B1、B3連線垂直，B1、B2、B3是載物臺(tái)下三只調(diào)平螺釘，H是插銷，從側(cè)面觀察，眼睛與望遠(yuǎn)鏡中心軸等高。如果從雙面鏡正、反兩面均能觀察到完整的亮十字反射像，則說(shuō)明雙面鏡正、反兩面反射的亮十字光線能進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。H3.三棱鏡的放置與調(diào)整：將三棱鏡按右圖所示放置，光學(xué)面AB與B1、B2螺釘連線垂直，由于三棱鏡是等邊三角形，而螺釘B1、B2、B3連線也是等邊三角形，所以AC光學(xué)面與B2、B3螺釘連線垂直。三棱鏡是被測(cè)量對(duì)象，在加工時(shí)側(cè)面與底面的垂直度存在

9、誤差，所以還需進(jìn)一步對(duì)三棱鏡進(jìn)行調(diào)整。c123從圖中可以看出，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)AB光學(xué)面用自準(zhǔn)法調(diào)整時(shí),B1、B2螺釘起作用，而調(diào)整AC光學(xué)面時(shí)，則B2、B3螺釘起作用。這時(shí)B2是對(duì)AB光學(xué)面與AC光學(xué)面均起作用的調(diào)節(jié)螺釘，在調(diào)整時(shí)這個(gè)螺釘B2不參與調(diào)整。所以用自準(zhǔn)法調(diào)整三棱鏡時(shí)，調(diào)整AB光學(xué)面時(shí)調(diào)整B1螺釘，使十字反射像中心與“”準(zhǔn)線上交點(diǎn)重合。而調(diào)整AC光學(xué)面時(shí)則調(diào)整B3螺釘。12c3 這時(shí)望遠(yuǎn)鏡的仰角調(diào)節(jié)螺釘固定不動(dòng)。由于三棱鏡的光學(xué)面反射的十字像較淡，必須仔細(xì)觀察，同時(shí)用照明小燈放在三棱鏡的后面作為背景光照亮“”準(zhǔn)線。注意4.平行光管的調(diào)整：二.反射法測(cè)量三棱鏡頂角1.1.三棱鏡的放置：三

10、棱鏡的放置：（在三棱鏡放置前，先調(diào)整游標(biāo)盤使左右游標(biāo)T、 T分別在平行光管的兩邊，然后鎖緊游標(biāo)盤止動(dòng)螺釘，固定游標(biāo)盤）如右圖所示載物臺(tái)平面有三條互成120的等分線a、b、c。松開(kāi)載物臺(tái)鎖緊螺釘，使其中一條等分線a對(duì)準(zhǔn)平行光管軸線，插銷H在右上角，擰緊載物臺(tái)鎖緊螺釘。三棱鏡頂角A放在載物臺(tái)中心,棱鏡光學(xué)面AB、AC分別與等分線b、c夾角相等。然后轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)等分線B、C時(shí)，即可在此附近找到狹縫的像。同時(shí)擰緊左下角分度盤鎖緊螺釘。abcH2. 用反射法在、二個(gè)位置測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，一定要使狹縫像與目鏡中垂直義絲相平行。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)狹縫像時(shí)，擰緊望遠(yuǎn)鏡止動(dòng)螺釘，然后利用望遠(yuǎn)鏡的微調(diào)裝置使義絲位于狹縫像的

11、中央，從左、右游標(biāo)上讀取數(shù)據(jù)。望遠(yuǎn)鏡從位置轉(zhuǎn)到位置時(shí)，所轉(zhuǎn)過(guò)的角度是同一游標(biāo)兩次方位角讀數(shù)之差。3. 本實(shí)驗(yàn)系多次測(cè)量，要求至少測(cè)量三組數(shù)據(jù)，每次測(cè)完一組數(shù)據(jù)后，松開(kāi)左下角分度盤鎖緊螺釘，使分度盤轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，再擰緊刻度盤鎖緊螺釘，然后進(jìn)行第二次測(cè)量，這樣可以使每組數(shù)據(jù)不同，避免一次讀錯(cuò)，重復(fù)錯(cuò)誤。4.在測(cè)讀過(guò)程中，由于望遠(yuǎn)鏡可能處在任何方位，故必須注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中是否越過(guò)了刻度盤的零點(diǎn)，如越過(guò)了刻度零點(diǎn)。則必須按式 =360-|i-i|來(lái)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)角。5.數(shù)據(jù)記錄表格. 第一次 第二次 第三次望遠(yuǎn)鏡的位置游標(biāo)（左）游標(biāo)（右）游標(biāo)（左）游標(biāo)（右）游標(biāo)（左）游標(biāo)（右）12注意事項(xiàng)1.同學(xué)進(jìn)

12、入實(shí)驗(yàn)室先不要盲目亂動(dòng)儀器，要在教師的指導(dǎo)下，有目的的進(jìn)行分光儀調(diào)整。2.平面鏡及三棱鏡系光學(xué)元件，光學(xué)表面不能用手觸摸，如發(fā)現(xiàn)有灰塵或污斑可用擦鏡紙揩拭。3.轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)應(yīng)用手扶住望遠(yuǎn)鏡托架轉(zhuǎn)動(dòng)，不能用手直接抓住自準(zhǔn)目鏡轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡。4.實(shí)驗(yàn)桌上每一位同學(xué)有一抽屜，書包及其他無(wú)關(guān)物品均應(yīng)放在抽屜內(nèi)。5.在調(diào)整過(guò)程中，三棱鏡如從分光計(jì)上拿下來(lái)，應(yīng)放在棱鏡盒內(nèi)，以免不慎碰落地上，敲碎棱鏡。如發(fā)生棱鏡敲碎事件，教師應(yīng)責(zé)成該同學(xué)寫檢查，并酌情賠償。6.實(shí)驗(yàn)完畢，教師安排同學(xué)整理儀器和打掃衛(wèi)生。【預(yù)習(xí)思考題】1.請(qǐng)正確讀出下列圓游標(biāo)所指出的讀數(shù)。2.三棱鏡按下圖放置在載物臺(tái)上，在調(diào)整三棱鏡光學(xué)面AB，AC時(shí)，請(qǐng)指出載物臺(tái)下三只調(diào)平螺釘B1、B2、B3哪一只螺釘不參與調(diào)整？3.分光