BUAA基礎物理實驗研究報告

1、北京航空航天大學物理實驗研究性報告摘要：分光儀是分光測角儀的簡稱，它能精確地測量平行光線的偏轉(zhuǎn)角度。本文就分光儀的調(diào)節(jié)與反射法測量三棱鏡的頂角進行了分析，首先介紹了分光儀的使用方法以及實驗步驟進行了說明，然后對得到數(shù)據(jù)進行了處理和不確定度分析。對實驗過程中的經(jīng)驗技巧進行了總結，提出了自己的改進建議。最后對與分光儀其他的應用進行了研究與探討，并總結了自己的感想。關鍵詞：分光儀 反射法 經(jīng)驗總結 實驗改進 拓展應用 一、實驗目的1.了解分光儀的構造及其主要部件的作用；2.學習并掌握分光儀的調(diào)節(jié)原理與調(diào)節(jié)方法；3.掌握自準直法和逐次逼近調(diào)節(jié)法，鞏固消視差調(diào)節(jié)技術；4.學會用反射法測量三棱鏡的頂角。二

2、、實驗原理1.儀器介紹分光儀的結構因型號的不同各有差別，但基本結構是相同的，一般都由底座、刻度讀書盤、自準直望遠鏡、平行光管、載物平臺5部分組成。下面介紹JJY型分光儀。圖1三角底座在三角底座中心，裝有一垂直的固定軸，望遠鏡、主刻度圓盤、游標刻度圓盤都可繞它旋轉(zhuǎn)，這一固定軸稱為分光儀主軸?？潭葓A盤 圓盤上刻有角度數(shù)值的稱為主刻度盤，在其內(nèi)側(cè)有一游標盤，在游標盤上相對180°處刻有兩個游標。主刻度盤和游標刻度盤都垂直于儀器主軸，并可繞主軸轉(zhuǎn)動。讀數(shù)系統(tǒng)由主刻度盤和游標盤（角游標）組成，沿度盤一周刻有360個大格，每格1，每大格又分成兩小格，所以每小格為30。主刻度盤內(nèi)側(cè)有一游標盤。主刻

3、度盤可以和望遠鏡一起轉(zhuǎn)動，游標盤可以和載物臺一起轉(zhuǎn)動，游標盤在它的對徑方向有兩個游標刻度，游標刻度的30個小格對應主刻度盤刻度的29個小格，所以這一讀數(shù)系統(tǒng)的準確度為1。它的讀數(shù)原理與游標卡尺完全相同。載物平臺 載物平臺用來放置光學元件，如棱鏡、光柵等，在其下方有載物臺調(diào)平螺釘3只，以調(diào)節(jié)平臺傾斜度。用載物臺鎖緊螺絲可調(diào)節(jié)載物平臺的高度，當固緊時平臺與游標刻度盤固聯(lián)。固緊游標盤鎖緊螺釘，可使游標盤與主軸固聯(lián)；擰動游標盤微調(diào)螺絲，可使載物臺與游標盤一起微動。自準直望遠鏡 圖2 1平面反射鏡 2物鏡 3叉絲分劃板 4小電珠5全反射棱鏡 6目鏡 7目鏡視場 8綠十字反射像自準直望遠鏡的結構如圖2所示

4、。它由目鏡、全反射棱鏡、叉絲分劃板及物鏡組成。目鏡裝在6處，全反射棱鏡和叉絲分劃板裝中間套筒內(nèi)，物鏡裝在2處。叉絲分劃板上刻有雙十字叉絲和透光小十字刻線，并且與上叉絲與小十字刻線對稱于中心叉絲，全反射棱鏡緊貼其上。開啟光源4時，光線經(jīng)全反射棱鏡照亮小十字刻線。當小十字刻線平面處在物鏡的焦平面上時，從刻線發(fā)出的光線經(jīng)物鏡成平行光。如果有一平面鏡將這個平行光反射回來，再經(jīng)物鏡，必成像于焦平面上，于是從目鏡中可以同時看到叉絲和小十字刻線的反射像，并且無視差，如果望遠鏡光軸垂直于平面反射鏡，反射像將與上叉絲重合。這種調(diào)節(jié)望遠鏡使之適于觀察平行光的方法稱為自準直法，這種望遠鏡稱為自準直望遠鏡。 平行光管

5、 圖3平行光管與底座固聯(lián)，靠近儀器主軸的一端裝有平行光管的物鏡，另一端裝有可調(diào)狹縫套筒，前后移動套管，使狹縫處在物鏡的焦平面上，于是由狹縫產(chǎn)生的光通過物鏡后成平行光。 2.反射法測三棱鏡頂角原理圖4 圖5反射法測頂角須使入射平行光經(jīng)AB、AC面反射后能通過望遠鏡，而望遠鏡是繞主軸旋轉(zhuǎn)的，所以AB和AC面的反射平行光必須通過主軸才能進入望遠鏡。如果主軸中心遠離頂角A，AB、AC面的反射光不能通過主軸，從而也就不能通過望遠鏡；只有如圖4所示，頂角A處于主軸中心O附近時，AB、AC面的反射光才能進入望遠鏡。所以測量頂角時，應盡量將頂角A平移靠主軸中心處。 旋轉(zhuǎn)載物臺至三棱鏡頂角A對準平行光管，使部分

6、平行光由AB面反射；另一部分平行光由AC面反射。當望遠鏡在位置觀察到AB面反射的狹縫像，在位置觀察到AC面反射的狹縫像時，望遠鏡轉(zhuǎn)過了角度，由圖5可知:又因為故有三、實驗儀器分光儀、平面反射鏡、三棱鏡、鈉燈及電源 四、實驗步驟1.分光儀的調(diào)整分光儀常用于測量入射光與出射光之間的角度，為了能夠準確測得此角度，必須滿足兩個條件： 1) 入射光與出射光（如反射光、折射光）均為平行光； 2) 入射光與出射光都與主刻度盤平面平行。為此須對分光儀進行調(diào)整；使平行光管發(fā)出平行光，其光軸垂直于儀器主軸（即平行于刻度盤平面）；使望遠鏡接收平行光，其光軸垂直于儀器主軸；須調(diào)整載物平臺，使其上旋轉(zhuǎn)的分光元件的光學平

7、面平行于儀器主軸。下面介紹調(diào)整方法。I.粗調(diào) 調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)螺釘，使望遠鏡居于支架中央，并目測調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰螺釘，使光軸大致與主軸垂直，調(diào)節(jié)載物平臺下方的3只螺釘外伸部分等長，使平臺平面大致與主光軸垂直。這些粗調(diào)對于望遠鏡光軸的順利調(diào)整至關重要。II.調(diào)節(jié)望遠鏡 i.望遠鏡調(diào)焦于無窮遠 調(diào)節(jié)要求：根據(jù)前述自準直原理，當叉絲位于物鏡焦平面時，叉絲與小十字刻線的反射像共面，即綠十字與叉絲無視差，此時望遠鏡只接收平行光，或稱望遠鏡調(diào)焦于無窮遠。圖6調(diào)節(jié)方法：在載物平臺上如圖6放置平面反射鏡，構成所示的自準直光路。 開啟內(nèi)藏照明燈泡，照明透光小十字形刻線。調(diào)節(jié)目鏡（轉(zhuǎn)動目鏡手輪，筒壁螺紋結構使得目鏡筒在

8、叉絲分劃板筒內(nèi)前后移動），改變目鏡與叉絲分劃板之間的距離，直至看清反射鏡沿水平方向的方位，若平面反射鏡的鏡面在俯仰方向上已大致垂直于望遠鏡光軸，則在旋轉(zhuǎn)載物臺的過程中，總可以在某一位置，通過目鏡看到一個綠色十字（可能不太清晰），如看不到則應視情況調(diào)節(jié)望遠鏡下方的俯仰螺釘或載物臺下方的b1或b3螺釘，再一次粗調(diào)望遠鏡光軸大致與平面反射鏡的鏡面垂直。前后伸縮叉絲分劃板套筒B，改變叉絲與物鏡之間的距離，直到在目鏡中清晰無視差的看到一個明亮的綠色小十字（透光小十字刻線的像）為止。 ii.調(diào)整望遠鏡光軸與儀器主軸垂直調(diào)整原理： 若望遠鏡光軸垂直于平面反射鏡鏡面，且平面鏡鏡面平行于儀器主軸，則望遠鏡光軸必

9、垂直于儀器主軸。此時若將載物臺繞儀器主軸轉(zhuǎn)180°，使平面鏡另一面對準望遠鏡，望遠鏡光軸仍將垂直于平面鏡。若望遠鏡光軸開始時垂直于平面鏡，但不垂直于儀器主軸，亦即平面鏡鏡面不平行于主軸，則將平面鏡反轉(zhuǎn)180°后，望遠鏡光軸不再垂直于平面鏡鏡面。由光路成像的原理可知，當望遠鏡光軸垂直于平面鏡鏡面時，反射像綠十字與上叉絲重合，若同時有平面鏡鏡面平行于儀器主軸，則平面鏡反轉(zhuǎn)180°后，仍有望遠鏡主軸與平面鏡垂直，綠十字仍與上叉絲重合。此時必有望遠鏡光軸垂直于主軸。若平面鏡鏡面不平行于儀器主軸，則平面鏡反轉(zhuǎn)180°后，綠十字與上叉絲將不再重合。調(diào)整方法： 圖7在

10、望遠鏡調(diào)焦于無窮遠的基礎上，觀察綠色小十字，一般它會偏離上叉絲，調(diào)節(jié)載物臺調(diào)皮螺釘b1或b3，使綠色小十字向上叉絲移近1/2的偏離距離，再調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘，使綠色小十字與上叉絲重合，這時，望遠鏡光軸與平面鏡鏡面垂直。將平面鏡反轉(zhuǎn)180°，重復調(diào)節(jié)載物臺調(diào)平螺釘b1或b3，并調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘，使綠色小十字各自消除1/2與上叉絲的偏離量，再次使望遠鏡光軸與屏幕鏡鏡面垂直。如此重復幾次，直至光軸與主軸垂直狀態(tài)及平面鏡與主軸的平行狀態(tài)就改善一次。多次調(diào)節(jié)，逐漸達到完全改善為止，故稱為逐次逼近調(diào)節(jié)。又由于每次各調(diào)1/2的偏離量，故又稱半調(diào)法。iii.調(diào)整叉絲分劃板的縱絲與主軸平行分

11、劃板的上叉絲與縱絲是互相垂直的。當縱絲與主軸不平行時，繞主軸轉(zhuǎn)動望遠鏡，在望遠鏡視場中，會看到綠色小十字的運動軌跡與上叉絲相交。只要微微轉(zhuǎn)動（不能有前后滑動）叉絲鏡筒，達到綠色小十字的運動軌跡與上叉絲重合，叉絲方向就調(diào)好了。此時望遠鏡的光軸已調(diào)整完畢，不要再動望遠鏡的光軸調(diào)節(jié)螺絲。III.平行光管的調(diào)整 ² i.使平行光管產(chǎn)生平行光 當被光所照明的狹縫剛好位于透鏡的焦平面上時，平行光管射出平行光。調(diào)整方法：將已調(diào)節(jié)好的望遠鏡對準平行光管，擰動狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪，打開狹縫，松開狹縫套筒鎖緊螺釘，前后移動狹縫套筒，當在已調(diào)焦無窮遠的望遠鏡目鏡中無視差的看到邊緣清晰的狹縫像時，平行光管即發(fā)出

12、平行光。ii.調(diào)平行光管光軸與儀器主軸垂直 望遠鏡光軸已垂直儀器主軸，若平行光管與其共軸，則平行光管光軸同樣垂直主軸。調(diào)整方法：圖8旋轉(zhuǎn)望遠鏡至觀察到狹縫像，調(diào)整平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘，使狹縫像的中點與中心叉絲重合（中心叉絲與狹縫中點都可視為望遠鏡與平行光管光軸所垂直通過的地方）；或?qū)ⅹM縫橫放，調(diào)平行光管的俯仰調(diào)節(jié)螺釘至狹縫的固定邊與中心叉絲重合（如圖8）。至此，分光儀已全部調(diào)整好，使用時必須注意分光儀上的各個調(diào)節(jié)螺絲不能任意轉(zhuǎn)動，否則將破壞分光儀的工作條件，須重新調(diào)節(jié)。2.三棱鏡的調(diào)整I.調(diào)整要求欲測三棱鏡頂角，必須使望遠鏡的光軸旋轉(zhuǎn)平面垂直于待測儀器頂角A的兩光學平面AB面和AC面，即望遠鏡

13、分別對準AB面和AC面時均應有綠十字叉絲與上叉絲重合。 II.三棱鏡的放置 圖 9如圖9所示，按逆時針方向稱三棱鏡的三個頂角為A、B、C，AB、AC構成待測頂角A的光學面，BC為磨砂面。放置時，令三棱鏡的AB（BC、AC）邊平行于載物臺上的徑線Oa（Ob、Oc）。這樣一來，在調(diào)節(jié)Oa（Oc）線下的調(diào)平螺釘a（c）時，整個棱鏡將以bc（ba）為軸轉(zhuǎn)動，由于AB（AC）面與bc（ba）垂直，分光儀的調(diào)整和三棱鏡頂角的測量故不會影響AB（AC）面與儀器主軸的相對關系。 III.調(diào)三棱鏡的AB面和AC面與望遠鏡光軸垂直 此調(diào)整在已調(diào)好望遠鏡的基礎上進行。先用自準直法調(diào)AB面與望遠鏡光軸垂直（即AB面與

14、儀器主軸平行），如不垂直，可調(diào)節(jié)調(diào)平螺釘b或c；再轉(zhuǎn)動載物平臺將AC面轉(zhuǎn)向望遠鏡，此時可且只可調(diào)節(jié)調(diào)平螺釘a使AC面與望遠鏡光軸垂直，因為調(diào)a不會破壞已調(diào)好的AB面與望遠鏡光軸的垂直關系。 從以上敘述中可體會到，三棱鏡的放置與調(diào)平螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)，要遵循調(diào)整第二面的方位時不致改變第一面的方位的原則。按照此原則，并掌握當某調(diào)平螺釘?shù)狡脚_中心的連線與三棱鏡的一棱面平行時。調(diào)節(jié)此螺釘不會改變該棱面的方位的規(guī)律，調(diào)整就會得心應手，否則會給調(diào)整帶來麻煩。 在調(diào)整三棱鏡的過程中，可以看到應保證望遠鏡光軸的旋轉(zhuǎn)平面與主軸的垂直關系不變，否則將造成測量角度的誤差，損失分光儀測角的準確度。3.三棱鏡頂角的測量I.調(diào)整

15、三棱鏡 將三棱鏡放置于載物臺上，使帶測頂角A靠近中心，并使其一個光學面與載物臺上的某根徑線平行，用壓桿法固定好棱鏡。將望遠鏡對準三棱鏡某光學平面，調(diào)節(jié)與另一光學平面平行的載物臺徑線下螺釘，使綠十字與上叉絲重合。同理再調(diào)整另一光學平面。 II.反射法測三棱鏡的頂角為了準確測定三棱鏡頂角，除了嚴格調(diào)整分光儀和三棱鏡之外，還須準確讀取數(shù)據(jù)和掌握正確的測量方法。III.注意事項 i.偏心差的消除 在分光儀的生產(chǎn)過程中，分光儀的主刻度盤和游標盤不可能完全同心，讀數(shù)時不可避免地將差生偏差，成為偏心差，這是儀器本身的系統(tǒng)誤差。消除系統(tǒng)誤差的辦法是采用對徑讀數(shù)法。設開始時，左邊游標的讀數(shù)為，右邊游標的讀數(shù)為，

16、當望遠鏡或載物臺轉(zhuǎn)過某一角度后，左邊游標的讀數(shù)為，右邊游標的讀數(shù)為，可以由左邊的讀數(shù)得其轉(zhuǎn)角，由右邊讀數(shù)得其轉(zhuǎn)角，然后取其平均 這就可以消除偏心差，得到準確的結果。ii.減小主刻度盤不均勻所造成的系統(tǒng)誤差如果主刻度盤不均勻，測量時將產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差。為了減少此系統(tǒng)誤差，需要在刻度盤的不同部位進行多次測量，然后取其平均值。測量方法： 每次測量時應改變初始值，即松開主刻度盤與望遠鏡的固緊螺釘，單獨旋轉(zhuǎn)主刻度盤50°60°，測量次數(shù)不少于5次。注意： 在推動望遠鏡時，應推動望遠鏡支臂，切勿直接推鏡筒，以免破壞望遠鏡與儀器主軸的垂直關系，造成角度測量的超差。 IV.數(shù)據(jù)處理i原始

17、數(shù)據(jù)列表表示； ii計算定焦A及其不確定度u（A）。 五、數(shù)據(jù)處理與整理1.原始數(shù)據(jù)測量次數(shù)i11221311°49131°49191°4511°4720°55180°53240°4360°47360°54240°49300°45120°454121°28301°281°20181°185181°381°3961°32241°302.數(shù)據(jù)的處理據(jù)公式以及實際情況：當或時： ，再由,得到下表：i12

18、345平均值120°3120°9120°630120°9120°730/A60.025°60.075°60.054°60.075°60.0625°60.058°3.不確定度的計算計算A的不確定度： 因為游標盤的準確度為1，則其誤差限可認為是1，所以： 則A的不確定度根據(jù)不確定度合成公式，有：最終結果六、誤差分析來源從實驗的整體看來，可以發(fā)現(xiàn)，造成誤差的原因可能有很多種。 系統(tǒng)誤差方面，參考文獻2中說:“實際上由于平行光管的光束被截割成兩部分，每次對準只有一部分光束起作用，從而影響了成像

19、質(zhì)量，使得對準精度下降?！边@是由測量方法引起的實驗誤差，為了減小該誤差，應該將三棱鏡放置的更加精確，或者采用更科學的實驗方法。除此之外，在實驗的操作過程中由于種種原因會使望遠鏡、平行光管的調(diào)焦都有一定的系統(tǒng)性調(diào)焦誤差，調(diào)焦系統(tǒng)誤差將使方位角測量產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。文獻3表明，當狹縫位置偏離平行光管物鏡焦平面時，如果只用一半光束來入射，實際讀出的光束方位角和平行光管中心光束所對應的反射光束方位角之間會有相當顯著的系統(tǒng)誤差。即使離焦量只有1mm左右，雙側(cè)窗口的讀數(shù)平均值也會偏移1左右，從而使頂角A的計算結果偏移1左右。這一系統(tǒng)誤差分量的絕對值，可能已經(jīng)大于計算出的不確定度了。 在操作過程中也可能帶來誤差

20、，我們不能保證望遠鏡與度盤在轉(zhuǎn)動過程中不出現(xiàn)一點偏差，微小的滑動是不可避免的。為了能夠看清縱絲，要保證一定的狹縫寬度，而狹縫過寬又會使縱絲難以對準狹縫中心，我們不能保證讀數(shù)時，縱絲和狹縫中線恰好重合。讀數(shù)方面，由于游標盤的測量原理，在判斷主尺與刻度盤的重合刻線時也有人為誤差，我們不能保證讀到的數(shù)恰好為刻度線重合的刻度。當然，還有很多引入誤差的因素，這里僅討論以上幾種。七、討論1.實驗調(diào)節(jié)經(jīng)驗技巧總結如果從望遠鏡中看不到反射的十字像（只看到一面或兩個面都看不到），應注意粗調(diào)（望遠鏡筒、載物臺面大致水平），平面鏡對準望遠鏡，左右緩緩轉(zhuǎn)動鏡面，注意觀察視場變化，同時需要認真分析，不可盲目亂調(diào)。經(jīng)過我

21、們實驗探討研究，和查閱相關資料之后，我們總結了在調(diào)整望遠鏡聚焦于無窮遠的過程中出現(xiàn)某些現(xiàn)象的原因，以及相應的調(diào)整方式。例如，是調(diào)載物臺？還是調(diào)望遠鏡？調(diào)到什么程度？下面簡述之。I.載物臺傾角沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假設望遠鏡光軸已垂直儀器主軸，但載物臺傾角沒調(diào)好，如圖10所示。平面鏡A面反射光偏上，載物臺轉(zhuǎn)180°后，B面反射光偏下，在目鏡中看到的現(xiàn)象是A面反射像在B面反射像的上方。顯然，調(diào)整方法是把B面像（或A面像）向上（或向下）調(diào)到兩像點距離的一半，這一步要反復進行，最后使鏡面A和B的像落在分劃板上同一高度。圖10II.望遠鏡光軸沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假設載物臺已調(diào)好，但望遠鏡光軸不垂直儀

22、器主軸，如圖11所示。在圖(a)中，無論平面鏡A面還是B面，反射光都偏上，反射像落在分劃板上十 字線的上方。在圖(b)中，鏡面反射光都偏下，反射像都落在分劃板上十字線的下方。顯然，調(diào)整方法是只要調(diào)整望遠鏡仰角調(diào)節(jié)螺釘，把像調(diào)到上十字線上即可，如圖（c）。圖11III.載物臺和望遠鏡光軸都沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整  表現(xiàn)是兩鏡面反射像一上一下。先調(diào)載物臺螺釘，使兩鏡面反射像像點等高（但像點沒落在上十字線上），然后，調(diào)整望遠鏡仰角調(diào)節(jié)螺釘，把像調(diào)到上十字線上。如果從望遠鏡中看不到反射的十字像（只看到一面或兩個面都看不到），應注意粗調(diào)（望遠鏡筒、載物臺面大致水平），平面鏡對準望遠鏡，左右緩緩轉(zhuǎn)動

23、鏡面，注意觀察視場變化，同時需要認真分析，不可盲目亂調(diào)。2.實驗改進建議I.分光儀的最佳狀態(tài)的調(diào)節(jié)即是說要達到以下三點要求： 1) 望遠鏡的光軸轉(zhuǎn)動掃過的面必須是一平面且與儀器轉(zhuǎn)軸垂直； 2) 載物臺面與儀器轉(zhuǎn)軸垂直； 3) 平行光管的光軸與儀器轉(zhuǎn)軸垂直。 傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，用平板玻璃的兩個平行光學面進行調(diào)節(jié)，其問題之所在如下:在平行平面鏡的方向上，載物平臺與儀器轉(zhuǎn)軸的垂直條件不一定滿足，在平面鏡兩個光學面法線方向調(diào)節(jié)完成之后，總在與其法線構成的角平分線方向上平板玻璃與載物臺的整體傾斜，為了讓這個方向的傾斜得以糾正回垂直與儀器轉(zhuǎn)軸的位置上來，我們讓這兩個光學面的法線的角平分線也成為一個光學面的法

24、線。讓望遠鏡的光軸與前兩個光學面垂直的同時也與這一新增加的光學面垂直就可以把這個方向上的傾斜糾正回來，從而使要求1和要求2在對二個光學面的調(diào)節(jié)過程中同時得以滿足。 因而可以采用“T”型鏡進行調(diào)節(jié)的改進調(diào)節(jié)方法： 在平板玻璃板上加上一個光學面其法線是另兩個光學面的角平分線則這三個光學面，構成了一個“T”形鏡，如圖12。II.在調(diào)節(jié)載物平臺與儀器主軸垂直的時候，往往需要花費一些時間，且對初學者來說不易一次成功，對此現(xiàn)象，我認為可以在載物臺與主刻度盤上加裝水平氣泡儀，根據(jù)氣泡位置調(diào)節(jié)載物平臺與主刻度盤平行，即對儀器主軸垂直。圖12八、分光儀的拓展應用1.利用分光儀測透鏡的焦距我們都知道分光儀可以精密

25、地測量角度，那么它還有什么其他的應用呢？經(jīng)過查閱相關的資料，我們了解到分光儀還可以測量透鏡的焦距。在普通物理實驗中, 對凹透鏡焦距的測定是在光具座上進行的, 一般采用視差法、透鏡輔助成像法.這兩種方法的測定過程中, 因采用高斯公式計算測量結果, 因而被測透鏡按理想的薄透鏡處理.另外, 用透鏡輔助成像法測定凹透鏡焦距時, 由于兩次所成實像的位置都難以準確定位, 且光具座的讀數(shù)誤差較大, 都不能精確測定凹透鏡的焦距.若采用精密的測角儀器分光儀來測定凹透鏡焦距，就可以克服上述不足。凹透鏡是發(fā)散透鏡，對入射平行光中不通過主軸的光線具有折射(發(fā)散)作用，發(fā)散角度與凹透鏡的焦距有關。凹透鏡的焦距的絕對值越

26、小，對光線的發(fā)散角度越大；焦距的絕對值越大，對光線的發(fā)散角度越小。利用這一原理, 可以測量凹透鏡的焦距。如圖13所示, 設用兩間距為d 的平行光束a1 、a2 垂直射入凹透鏡的主平面，且讓其中一條光束(如a1)通過光心, 另一條光束經(jīng)發(fā)散后與主軸光線形成角(即發(fā)散角)。如果能測得的大小和兩束平行光束間的距離d , 就可以利用幾何關系推算出被測凹透鏡焦距f。 圖13由于凹透鏡的發(fā)散作用將影響分光儀望遠鏡的聚焦, 會造成無法讀數(shù), 所以，必須對分光儀進行簡單改造:加長望遠鏡筒或更換一個放大倍率較大的物鏡(與所測凹透鏡的焦距有關)。對JJY分光儀, 加長望遠鏡筒時, 先松開望遠鏡調(diào)焦螺釘, 取下原望

27、遠鏡目鏡調(diào)節(jié)和分劃板組件, 再選用外徑為22mm 長為30cm 的不銹鋼管, 將不銹鋼管的一端插入望遠鏡筒內(nèi), 另一端與原望遠鏡的目鏡調(diào)節(jié)組件連接, 即可加長望遠鏡筒。在分光儀上要獲得距離較大的兩束平行光較難實現(xiàn)，如果仍采用分光儀平行光管的狹縫，沿垂直于凹透鏡的主光軸水平方向移動被測凹透鏡在載物臺上的位置，兩次測量即可解決，即使平行光管中的光束兩次垂直射向凹透鏡的主截面。首先通過主光軸，測量并記錄初位置的角坐標1 ;然后使凹透鏡在載物臺上沿垂直于凹透鏡的主光軸水平移動距離d，再次跟蹤狹縫成的像，測量并記錄該位置的角坐標2 。這樣，相當于兩束平行于主光軸的光同時射入凹透鏡的主截面, 這一問題便得

28、到了解決。為了使凹透鏡可沿垂直于凹透鏡的主光軸水平移動，在載物臺上固定拖板，裝置如圖14所示。調(diào)節(jié)滑塊調(diào)節(jié)絲桿(5)，已固定的凹透鏡拖板滑塊(3)就會在拖板支架上水平移動。這樣，若記錄拖板支架始末位置的劃塊標記(7)，就可實現(xiàn)凹透鏡的移動并能準確測量出移動距離d。d由讀數(shù)顯微鏡測得，由分光儀測得。 圖142.利用分光儀測量溶液濃度在測完三棱鏡的定角之后，我們又用最小偏向角法測量了三棱鏡的折射率，如果我們將三棱鏡換為三棱柱型容器，我們還可以用它來測定所盛溶液的濃度。因為，對于同種溶液來說，不同的濃度對應著不同的折射率。只要我們測定了溶液的折射率，就可以確定它的濃度。這里，我們還用到了最小偏向角法

29、測量折射率的原理。由光路圖可知，另一方面，按折射定律，光在AB面及AC面折射時，有 圖15 所以，隨而變，對某一個值，有，稱為最小偏向角，此時，。得，此時或得，。我們將盛放待測濃度液體的三棱柱型玻璃容器。單色光入射到盛有液體的三棱柱型玻璃容器的一個表面上，經(jīng)兩次折射后從另一表面出射，轉(zhuǎn)動望遠鏡并有其觀察到出射光線，由此可測出出射光線與入射光線之間的夾角，進而能測出最小偏向角以及三棱鏡的頂角，最后利用公式可算出容器內(nèi)液體的折射率。由此，我們可以確定溶液的濃度。若將三棱柱型容器制作成可密封的容器，則可測量不同氣體在不同氣壓下的折射率。若利用控溫裝置對其進行溫度調(diào)節(jié)，則能測定在不同溫度下容器內(nèi)物質(zhì)的折射率隨溫度的變化規(guī)律。若能使三棱柱型容器內(nèi)的液體處于電場或磁場的環(huán)境中，則能測定在不同的電場強度或磁場強度下容器內(nèi)物質(zhì)的折射率隨電場強度或磁強度的變化情況。九、感想與總結因為第一個實驗做得邁克爾遜干涉實驗，在實