BUAA基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告

1、北京航空航天大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告摘要：分光儀是分光測(cè)角儀的簡(jiǎn)稱，它能精確地測(cè)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(cè)量三棱鏡的頂角進(jìn)行了分析，首先介紹了分光儀的使用方法以及實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了說明，然后對(duì)得到數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和不確定度分析。對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的經(jīng)驗(yàn)技巧進(jìn)行了總結(jié)，提出了自己的改進(jìn)建議。最后對(duì)與分光儀其他的應(yīng)用進(jìn)行了研究與探討，并總結(jié)了自己的感想。關(guān)鍵詞：分光儀 反射法 經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 拓展應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解分光儀的構(gòu)造及其主要部件的作用；2.學(xué)習(xí)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(zhǔn)直法和逐次逼近調(diào)節(jié)法，鞏固消視差調(diào)節(jié)技術(shù)；4.學(xué)會(huì)用反射法測(cè)量三棱鏡的頂角。二

2、、實(shí)驗(yàn)原理1.儀器介紹分光儀的結(jié)構(gòu)因型號(hào)的不同各有差別，但基本結(jié)構(gòu)是相同的，一般都由底座、刻度讀書盤、自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡、平行光管、載物平臺(tái)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(yuǎn)鏡、主刻度圓盤、游標(biāo)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(biāo)盤，在游標(biāo)盤上相對(duì)180°處刻有兩個(gè)游標(biāo)。主刻度盤和游標(biāo)刻度盤都垂直于儀器主軸，并可繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。讀數(shù)系統(tǒng)由主刻度盤和游標(biāo)盤（角游標(biāo)）組成，沿度盤一周刻有360個(gè)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(biāo)盤。主刻

3、度盤可以和望遠(yuǎn)鏡一起轉(zhuǎn)動(dòng)，游標(biāo)盤可以和載物臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，游標(biāo)盤在它的對(duì)徑方向有兩個(gè)游標(biāo)刻度，游標(biāo)刻度的30個(gè)小格對(duì)應(yīng)主刻度盤刻度的29個(gè)小格，所以這一讀數(shù)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度為1。它的讀數(shù)原理與游標(biāo)卡尺完全相同。載物平臺(tái) 載物平臺(tái)用來放置光學(xué)元件，如棱鏡、光柵等，在其下方有載物臺(tái)調(diào)平螺釘3只，以調(diào)節(jié)平臺(tái)傾斜度。用載物臺(tái)鎖緊螺絲可調(diào)節(jié)載物平臺(tái)的高度，當(dāng)固緊時(shí)平臺(tái)與游標(biāo)刻度盤固聯(lián)。固緊游標(biāo)盤鎖緊螺釘，可使游標(biāo)盤與主軸固聯(lián)；擰動(dòng)游標(biāo)盤微調(diào)螺絲，可使載物臺(tái)與游標(biāo)盤一起微動(dòng)。自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)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(chǎng) 8綠十字反射像自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)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(duì)稱于中心叉絲，全反射棱鏡緊貼其上。開啟光源4時(shí)，光線經(jīng)全反射棱鏡照亮小十字刻線。當(dāng)小十字刻線平面處在物鏡的焦平面上時(shí)，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(gè)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(shí)看到叉絲和小十字刻線的反射像，并且無視差，如果望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡使之適于觀察平行光的方法稱為自準(zhǔn)直法，這種望遠(yuǎn)鏡稱為自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)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(dòng)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(cè)三棱鏡頂角原理圖4 圖5反射法測(cè)頂角須使入射平行光經(jīng)AB、AC面反射后能通過望遠(yuǎn)鏡，而望遠(yuǎn)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(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。如果主軸中心遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡；只有如圖4所示，頂角A處于主軸中心O附近時(shí)，AB、AC面的反射光才能進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。所以測(cè)量頂角時(shí)，應(yīng)盡量將頂角A平移靠主軸中心處。 旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)至三棱鏡頂角A對(duì)準(zhǔn)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(dāng)望遠(yuǎn)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(shí)，望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過了角度，由圖5可知:又因?yàn)楣视腥?、?shí)驗(yàn)儀器分光儀、平面反射鏡、三棱鏡、鈉燈及電源 四、實(shí)驗(yàn)步驟1.分光儀的調(diào)整分光儀常用于測(cè)量入射光與出射光之間的角度，為了能夠準(zhǔn)確測(cè)得此角度，必須滿足兩個(gè)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(duì)分光儀進(jìn)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(yuǎn)鏡接收平行光，其光軸垂直于儀器主軸；須調(diào)整載物平臺(tái)，使其上旋轉(zhuǎn)的分光元件的光學(xué)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(yuǎn)鏡居于支架中央，并目測(cè)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺釘，使光軸大致與主軸垂直，調(diào)節(jié)載物平臺(tái)下方的3只螺釘外伸部分等長(zhǎng)，使平臺(tái)平面大致與主光軸垂直。這些粗調(diào)對(duì)于望遠(yuǎn)鏡光軸的順利調(diào)整至關(guān)重要。II.調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡 i.望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦于無窮遠(yuǎn) 調(diào)節(jié)要求：根據(jù)前述自準(zhǔn)直原理，當(dāng)叉絲位于物鏡焦平面時(shí)，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(shí)望遠(yuǎn)鏡只接收平行光，或稱望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦于無窮遠(yuǎn)。圖6調(diào)節(jié)方法：在載物平臺(tái)上如圖6放置平面反射鏡，構(gòu)成所示的自準(zhǔn)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(dòng)目鏡手輪，筒壁螺紋結(jié)構(gòu)使得目鏡筒在

8、叉絲分劃板筒內(nèi)前后移動(dòng)），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(yuǎn)鏡光軸，則在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)的過程中，總可以在某一位置，通過目鏡看到一個(gè)綠色十字（可能不太清晰），如看不到則應(yīng)視情況調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡下方的俯仰螺釘或載物臺(tái)下方的b1或b3螺釘，再一次粗調(diào)望遠(yuǎn)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(gè)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(yuǎn)鏡光軸與儀器主軸垂直調(diào)整原理： 若望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡光軸必

9、垂直于儀器主軸。此時(shí)若將載物臺(tái)繞儀器主軸轉(zhuǎn)180°，使平面鏡另一面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡光軸仍將垂直于平面鏡。若望遠(yuǎn)鏡光軸開始時(shí)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(yuǎn)鏡光軸不再垂直于平面鏡鏡面。由光路成像的原理可知，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于平面鏡鏡面時(shí)，反射像綠十字與上叉絲重合，若同時(shí)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(yuǎn)鏡主軸與平面鏡垂直，綠十字仍與上叉絲重合。此時(shí)必有望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡調(diào)焦于無窮遠(yuǎn)的基礎(chǔ)上，觀察綠色小十字，一般它會(huì)偏離上叉絲，調(diào)節(jié)載物臺(tái)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(yuǎn)鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘，使綠色小十字與上叉絲重合，這時(shí)，望遠(yuǎn)鏡光軸與平面鏡鏡面垂直。將平面鏡反轉(zhuǎn)180°，重復(fù)調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺釘b1或b3，并調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡光軸與屏幕鏡鏡面垂直。如此重復(fù)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(dá)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(dāng)縱絲與主軸不平行時(shí)，繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中，會(huì)看到綠色小十字的運(yùn)動(dòng)軌跡與上叉絲相交。只要微微轉(zhuǎn)動(dòng)（不能有前后滑動(dòng)）叉絲鏡筒，達(dá)到綠色小十字的運(yùn)動(dòng)軌跡與上叉絲重合，叉絲方向就調(diào)好了。此時(shí)望遠(yuǎn)鏡的光軸已調(diào)整完畢，不要再動(dòng)望遠(yuǎn)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(dāng)被光所照明的狹縫剛好位于透鏡的焦平面上時(shí)，平行光管射出平行光。調(diào)整方法：將已調(diào)節(jié)好的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)平行光管，擰動(dòng)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(dòng)狹縫套筒，當(dāng)在已調(diào)焦無窮遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡目鏡中無視差的看到邊緣清晰的狹縫像時(shí)，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(yuǎn)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(yuǎn)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(diǎn)與中心叉絲重合（中心叉絲與狹縫中點(diǎn)都可視為望遠(yuǎn)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(shí)必須注意分光儀上的各個(gè)調(diào)節(jié)螺絲不能任意轉(zhuǎn)動(dòng)，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(cè)三棱鏡頂角，必須使望遠(yuǎn)鏡的光軸旋轉(zhuǎn)平面垂直于待測(cè)儀器頂角A的兩光學(xué)平面AB面和AC面，即望遠(yuǎn)鏡

13、分別對(duì)準(zhǔn)AB面和AC面時(shí)均應(yīng)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(shí)針方向稱三棱鏡的三個(gè)頂角為A、B、C，AB、AC構(gòu)成待測(cè)頂角A的光學(xué)面，BC為磨砂面。放置時(shí)，令三棱鏡的AB（BC、AC）邊平行于載物臺(tái)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(shí)，整個(gè)棱鏡將以bc（ba）為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，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(cè)量故不會(huì)影響AB（AC）面與儀器主軸的相對(duì)關(guān)系。 III.調(diào)三棱鏡的AB面和AC面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直 此調(diào)整在已調(diào)好望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)上進(jìn)行。先用自準(zhǔn)直法調(diào)AB面與望遠(yuǎn)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(dòng)載物平臺(tái)將AC面轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡，此時(shí)可且只可調(diào)節(jié)調(diào)平螺釘a使AC面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直，因?yàn)檎{(diào)a不會(huì)破壞已調(diào)好的AB面與望遠(yuǎn)鏡光軸的垂直關(guān)系。 從以上敘述中可體會(huì)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(shí)不致改變第一面的方位的原則。按照此原則，并掌握當(dāng)某調(diào)平螺釘?shù)狡脚_(tái)中心的連線與三棱鏡的一棱面平行時(shí)。調(diào)節(jié)此螺釘不會(huì)改變?cè)摾饷娴姆轿坏囊?guī)律，調(diào)整就會(huì)得心應(yīng)手，否則會(huì)給調(diào)整帶來麻煩。 在調(diào)整三棱鏡的過程中，可以看到應(yīng)保證望遠(yuǎn)鏡光軸的旋轉(zhuǎn)平面與主軸的垂直關(guān)系不變，否則將造成測(cè)量角度的誤差，損失分光儀測(cè)角的準(zhǔn)確度。3.三棱鏡頂角的測(cè)量I.調(diào)整

15、三棱鏡 將三棱鏡放置于載物臺(tái)上，使帶測(cè)頂角A靠近中心，并使其一個(gè)光學(xué)面與載物臺(tái)上的某根徑線平行，用壓桿法固定好棱鏡。將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)三棱鏡某光學(xué)平面，調(diào)節(jié)與另一光學(xué)平面平行的載物臺(tái)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(xué)平面。 II.反射法測(cè)三棱鏡的頂角為了準(zhǔn)確測(cè)定三棱鏡頂角，除了嚴(yán)格調(diào)整分光儀和三棱鏡之外，還須準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)和掌握正確的測(cè)量方法。III.注意事項(xiàng) 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(biāo)盤不可能完全同心，讀數(shù)時(shí)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(duì)徑讀數(shù)法。設(shè)開始時(shí)，左邊游標(biāo)的讀數(shù)為，右邊游標(biāo)的讀數(shù)為，

16、當(dāng)望遠(yuǎn)鏡或載物臺(tái)轉(zhuǎn)過某一角度后，左邊游標(biāo)的讀數(shù)為，右邊游標(biāo)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(zhǔn)確的結(jié)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(cè)量時(shí)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(jìn)行多次測(cè)量，然后取其平均值。測(cè)量方法： 每次測(cè)量時(shí)應(yīng)改變初始值，即松開主刻度盤與望遠(yuǎn)鏡的固緊螺釘，單獨(dú)旋轉(zhuǎn)主刻度盤50°60°，測(cè)量次數(shù)不少于5次。注意： 在推動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，應(yīng)推動(dòng)望遠(yuǎn)鏡支臂，切勿直接推鏡筒，以免破壞望遠(yuǎn)鏡與儀器主軸的垂直關(guān)系，造成角度測(cè)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(jì)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(cè)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?yè)?jù)公式以及實(shí)際情況：當(dāng)或時(shí)： ，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(jì)算計(jì)算A的不確定度： 因?yàn)橛螛?biāo)盤的準(zhǔn)確度為1，則其誤差限可認(rèn)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(jié)果六、誤差分析來源從實(shí)驗(yàn)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(xiàn)2中說:“實(shí)際上由于平行光管的光束被截割成兩部分，每次對(duì)準(zhǔn)只有一部分光束起作用，從而影響了成像

19、質(zhì)量，使得對(duì)準(zhǔn)精度下降。”這是由測(cè)量方法引起的實(shí)驗(yàn)誤差，為了減小該誤差，應(yīng)該將三棱鏡放置的更加精確，或者采用更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。除此之外，在實(shí)驗(yàn)的操作過程中由于種種原因會(huì)使望遠(yuǎn)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(cè)量產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。文獻(xiàn)3表明，當(dāng)狹縫位置偏離平行光管物鏡焦平面時(shí)，如果只用一半光束來入射，實(shí)際讀出的光束方位角和平行光管中心光束所對(duì)應(yīng)的反射光束方位角之間會(huì)有相當(dāng)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(huì)偏移1左右，從而使頂角A的計(jì)算結(jié)果偏移1左右。這一系統(tǒng)誤差分量的絕對(duì)值，可能已經(jīng)大于計(jì)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(yuǎn)鏡與度盤在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中不出現(xiàn)一點(diǎn)偏差，微小的滑動(dòng)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(huì)使縱絲難以對(duì)準(zhǔn)狹縫中心，我們不能保證讀數(shù)時(shí)，縱絲和狹縫中線恰好重合。讀數(shù)方面，由于游標(biāo)盤的測(cè)量原理，在判斷主尺與刻度盤的重合刻線時(shí)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(dāng)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(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)技巧總結(jié)如果從望遠(yuǎn)鏡中看不到反射的十字像（只看到一面或兩個(gè)面都看不到），應(yīng)注意粗調(diào)（望遠(yuǎn)鏡筒、載物臺(tái)面大致水平），平面鏡對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，左右緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)鏡面，注意觀察視場(chǎng)變化，同時(shí)需要認(rèn)真分析，不可盲目亂調(diào)。經(jīng)過我

21、們實(shí)驗(yàn)探討研究，和查閱相關(guān)資料之后，我們總結(jié)了在調(diào)整望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)的過程中出現(xiàn)某些現(xiàn)象的原因，以及相應(yīng)的調(diào)整方式。例如，是調(diào)載物臺(tái)？還是調(diào)望遠(yuǎn)鏡？調(diào)到什么程度？下面簡(jiǎn)述之。I.載物臺(tái)傾角沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假設(shè)望遠(yuǎn)鏡光軸已垂直儀器主軸，但載物臺(tái)傾角沒調(diào)好，如圖10所示。平面鏡A面反射光偏上，載物臺(tái)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(diǎn)距離的一半，這一步要反復(fù)進(jìn)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(yuǎn)鏡光軸沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假設(shè)載物臺(tái)已調(diào)好，但望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(tái)和望遠(yuǎn)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(tái)螺釘，使兩鏡面反射像像點(diǎn)等高（但像點(diǎn)沒落在上十字線上），然后，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)節(jié)螺釘，把像調(diào)到上十字線上。如果從望遠(yuǎn)鏡中看不到反射的十字像（只看到一面或兩個(gè)面都看不到），應(yīng)注意粗調(diào)（望遠(yuǎn)鏡筒、載物臺(tái)面大致水平），平面鏡對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，左右緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)

23、鏡面，注意觀察視場(chǎng)變化，同時(shí)需要認(rèn)真分析，不可盲目亂調(diào)。2.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)建議I.分光儀的最佳狀態(tài)的調(diào)節(jié)即是說要達(dá)到以下三點(diǎn)要求： 1) 望遠(yuǎn)鏡的光軸轉(zhuǎn)動(dòng)掃過的面必須是一平面且與儀器轉(zhuǎn)軸垂直； 2) 載物臺(tái)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(gè)平行光學(xué)面進(jìn)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(tái)與儀器轉(zhuǎn)軸的垂直條件不一定滿足，在平面鏡兩個(gè)光學(xué)面法線方向調(diào)節(jié)完成之后，總在與其法線構(gòu)成的角平分線方向上平板玻璃與載物臺(tái)的整體傾斜，為了讓這個(gè)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(gè)光學(xué)面的法線的角平分線也成為一個(gè)光學(xué)面的法

24、線。讓望遠(yuǎn)鏡的光軸與前兩個(gè)光學(xué)面垂直的同時(shí)也與這一新增加的光學(xué)面垂直就可以把這個(gè)方向上的傾斜糾正回來，從而使要求1和要求2在對(duì)二個(gè)光學(xué)面的調(diào)節(jié)過程中同時(shí)得以滿足。 因而可以采用“T”型鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)的改進(jìn)調(diào)節(jié)方法： 在平板玻璃板上加上一個(gè)光學(xué)面其法線是另兩個(gè)光學(xué)面的角平分線則這三個(gè)光學(xué)面，構(gòu)成了一個(gè)“T”形鏡，如圖12。II.在調(diào)節(jié)載物平臺(tái)與儀器主軸垂直的時(shí)候，往往需要花費(fèi)一些時(shí)間，且對(duì)初學(xué)者來說不易一次成功，對(duì)此現(xiàn)象，我認(rèn)為可以在載物臺(tái)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(tái)與主刻度盤平行，即對(duì)儀器主軸垂直。圖12八、分光儀的拓展應(yīng)用1.利用分光儀測(cè)透鏡的焦距我們都知道分光儀可以精密

25、地測(cè)量角度，那么它還有什么其他的應(yīng)用呢？經(jīng)過查閱相關(guān)的資料，我們了解到分光儀還可以測(cè)量透鏡的焦距。在普通物理實(shí)驗(yàn)中, 對(duì)凹透鏡焦距的測(cè)定是在光具座上進(jìn)行的, 一般采用視差法、透鏡輔助成像法.這兩種方法的測(cè)定過程中, 因采用高斯公式計(jì)算測(cè)量結(jié)果, 因而被測(cè)透鏡按理想的薄透鏡處理.另外, 用透鏡輔助成像法測(cè)定凹透鏡焦距時(shí), 由于兩次所成實(shí)像的位置都難以準(zhǔn)確定位, 且光具座的讀數(shù)誤差較大, 都不能精確測(cè)定凹透鏡的焦距.若采用精密的測(cè)角儀器分光儀來測(cè)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(duì)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(guān)。凹透鏡的焦距的絕對(duì)值越

26、小，對(duì)光線的發(fā)散角度越大；焦距的絕對(duì)值越大，對(duì)光線的發(fā)散角度越小。利用這一原理, 可以測(cè)量凹透鏡的焦距。如圖13所示, 設(shè)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(cè)得的大小和兩束平行光束間的距離d , 就可以利用幾何關(guān)系推算出被測(cè)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(yuǎn)鏡的聚焦, 會(huì)造成無法讀數(shù), 所以，必須對(duì)分光儀進(jìn)行簡(jiǎn)單改造:加長(zhǎng)望遠(yuǎn)鏡筒或更換一個(gè)放大倍率較大的物鏡(與所測(cè)凹透鏡的焦距有關(guān))。對(duì)JJY分光儀, 加長(zhǎng)望遠(yuǎn)鏡筒時(shí), 先松開望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦螺釘, 取下原望

27、遠(yuǎn)鏡目鏡調(diào)節(jié)和分劃板組件, 再選用外徑為22mm 長(zhǎng)為30cm 的不銹鋼管, 將不銹鋼管的一端插入望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi), 另一端與原望遠(yuǎn)鏡的目鏡調(diào)節(jié)組件連接, 即可加長(zhǎng)望遠(yuǎn)鏡筒。在分光儀上要獲得距離較大的兩束平行光較難實(shí)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(dòng)被測(cè)凹透鏡在載物臺(tái)上的位置，兩次測(cè)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(cè)量并記錄初位置的角坐標(biāo)1 ;然后使凹透鏡在載物臺(tái)上沿垂直于凹透鏡的主光軸水平移動(dòng)距離d，再次跟蹤狹縫成的像，測(cè)量并記錄該位置的角坐標(biāo)2 。這樣，相當(dāng)于兩束平行于主光軸的光同時(shí)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(dòng)，在載物臺(tái)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(huì)在拖板支架上水平移動(dòng)。這樣，若記錄拖板支架始末位置的劃塊標(biāo)記(7)，就可實(shí)現(xiàn)凹透鏡的移動(dòng)并能準(zhǔn)確測(cè)量出移動(dòng)距離d。d由讀數(shù)顯微鏡測(cè)得，由分光儀測(cè)得。 圖142.利用分光儀測(cè)量溶液濃度在測(cè)完三棱鏡的定角之后，我們又用最小偏向角法測(cè)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(cè)定所盛溶液的濃度。因?yàn)椋瑢?duì)于同種溶液來說，不同的濃度對(duì)應(yīng)著不同的折射率。只要我們測(cè)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(cè)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(shí)，有 圖15 所以，隨而變，對(duì)某一個(gè)值，有，稱為最小偏向角，此時(shí)，。得，此時(shí)或得，。我們將盛放待測(cè)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(gè)表面上，經(jīng)兩次折射后從另一表面出射，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡并有其觀察到出射光線，由此可測(cè)出出射光線與入射光線之間的夾角，進(jìn)而能測(cè)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(cè)量不同氣體在不同氣壓下的折射率。若利用控溫裝置對(duì)其進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，則能測(cè)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(chǎng)或磁場(chǎng)的環(huán)境中，則能測(cè)定在不同的電場(chǎng)強(qiáng)度或磁場(chǎng)強(qiáng)度下容器內(nèi)物質(zhì)的折射率隨電場(chǎng)強(qiáng)度或磁強(qiáng)度的變化情況。九、感想與總結(jié)因?yàn)榈谝粋€(gè)實(shí)驗(yàn)做得邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)，在實(shí)