分光計的調(diào)節(jié)及其棱鏡折射率的測定研究與分析

1、 分光計的調(diào)節(jié)及其棱鏡折射率的測定研究與分析 引言：折射率是描寫介質(zhì)材料光學(xué)性質(zhì)的重要參量。光的折射定律指出，光在兩種介質(zhì)的平滑界面上發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比是一個常數(shù)這個常數(shù)稱為第二介質(zhì)第一介質(zhì)的折射率。真空的折射率為1。廣義的說，具有周期性的空間結(jié)構(gòu)或光學(xué)性能（如透射率、折射率）的衍射屏，統(tǒng)稱光柵。光柵的種類很多，有透射光柵和反射光柵，有平面光柵和凹面光柵，有黑白光柵和正弦光柵，有一維光柵，二維光柵和三維光柵，等等。此次實驗所使用的光柵是利用全息照相技術(shù)拍攝的全息透射光柵光柵的表面若被污染后不易清洗，使用時應(yīng)特別注意。分光計是一種能精確測量角度的光學(xué)儀器，常用來測量材料的

2、折射率、色散率、光波波長和進(jìn)行光譜觀測等。由于該裝置比較精密，控制部件較多而且復(fù)雜，所以使用時必須嚴(yán)格按照一定的規(guī)則和程序進(jìn)行調(diào)整，以便測量出準(zhǔn)確的結(jié)果。摘要： 分光計是一種能精確測量折射角的典型光學(xué)儀器，經(jīng)常用來測量材料的折射率、色散率、光波波長和進(jìn)行光譜觀測等。由于該裝置比較精密，控制部件較多而且操作復(fù)雜，所以使用時必須嚴(yán)格按照一定的規(guī)則和程序進(jìn)行調(diào)整，方能獲得較高精度的測量結(jié)果。關(guān)鍵詞：分光計、棱鏡、折射率Abstract: The spectrometer can accurately measure the angle of refraction is a typical optic

3、al instruments, often used to measure the materials refractive index, dispersion rate, wavelength, and spectral observations. As the more sophisticated devices, control components and operation are more complex, and therefore must be used strictly in accordance with certain rules and procedures to a

4、djust to get the high precision measurement results.Keywords: spectrometer, prism, the refractive index二、實驗?zāi)康模?1、了解分光計結(jié)構(gòu)，學(xué)會正解調(diào)節(jié)和使用分光計的方法； 2、用分光計測定三棱鏡對鈉光的折射率 三、實驗儀器： 1、JJY-1型分光計 2、鈉光燈 3、三棱鏡分光計主要由五個部件組成：三角底座，平行光管、望遠(yuǎn)鏡、刻度圓盤和載物臺。 分光計各調(diào)節(jié)裝置的名稱和作用： 1、狹縫寬度調(diào)節(jié)螺絲:調(diào)節(jié)狹縫寬度，改變?nèi)肷涔鈱挾?狹縫裝置鎖緊螺絲 松開時，前后拉動狹縫裝置，調(diào)節(jié)平行光。調(diào)好后鎖緊

5、，用來固定縫裝置。 2、平行光管: 產(chǎn)生平行光 3、載物臺 放置光學(xué)元件。臺面下方裝有三個細(xì)牙螺絲7，用來調(diào)整臺面的傾斜度。松開 螺絲可升降、轉(zhuǎn)動載物臺。 4、夾持待測物簧片： 夾持載物臺上的光學(xué)元件 5、 載物臺調(diào)節(jié)螺絲（3只） 調(diào)節(jié)載物臺臺面水平 載物臺鎖緊螺絲 松開時，載物臺可單獨轉(zhuǎn)動和升降；鎖緊后，可使載物臺與讀數(shù)游標(biāo)盤 同步轉(zhuǎn)動6、望遠(yuǎn)鏡 ：觀測經(jīng)光學(xué)元件作用后的光線7、 目鏡裝置鎖緊螺絲： 松開時，目鏡裝置可伸縮和轉(zhuǎn)動（望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦）；鎖緊后，固定 目 鏡裝置8、阿貝式自準(zhǔn)目鏡裝置： 可伸縮和轉(zhuǎn)動（望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦）9、 目鏡調(diào)焦手輪： 調(diào)節(jié)目鏡焦距，使分劃板、叉絲清晰10、望遠(yuǎn)鏡光軸仰角

6、調(diào)節(jié)螺絲： 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的俯仰角度11、望遠(yuǎn)鏡光軸水平調(diào)節(jié)螺絲 ：調(diào)節(jié)該螺絲，可使望遠(yuǎn)鏡在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動12、 望遠(yuǎn)鏡支架 13、 游標(biāo)盤：盤上對稱設(shè)置兩游標(biāo)14： 游標(biāo)： 分成30小格，每一小格對應(yīng)角度 15： 望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲 ：該螺絲位于圖141的反面。鎖緊望遠(yuǎn)鏡支架制動螺絲 21 后，調(diào)節(jié)螺絲18，使望遠(yuǎn)鏡支架作小幅度轉(zhuǎn)動16：度盤： 分為360，最小刻度為半度（30），小于半度則利用游標(biāo)讀數(shù)17目鏡照明電源：打開該電源20，從目鏡中可看到一綠斑及黑十字18、 望遠(yuǎn)鏡支架制動螺絲： 該螺絲位于圖141的反面。鎖緊后，只能用望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲使望遠(yuǎn)鏡支架作小幅度轉(zhuǎn)動19、 望遠(yuǎn)鏡支架與刻度盤鎖緊螺

7、絲： 鎖緊后，望遠(yuǎn)鏡與刻度盤同步轉(zhuǎn)動20、 分光計電源插座 21、分光計三角底座： 它是整個分光計的底座。底座中心有沿鉛直方向的轉(zhuǎn)軸套，望遠(yuǎn)鏡部件整體、刻度圓盤和游標(biāo)盤可分別獨立繞該中心軸轉(zhuǎn)動。平行光管固定在三角底座的一只腳上22 平行光管支架 23 游標(biāo)盤微調(diào)螺絲： 鎖緊游標(biāo)盤制動螺絲27后，調(diào)節(jié)螺絲26可使游標(biāo)盤作小幅度轉(zhuǎn)動24游標(biāo)盤制動螺絲 ：鎖緊后，只能用游標(biāo)盤微調(diào)螺絲26使游標(biāo)盤作小幅度轉(zhuǎn)動25平行光管光軸水平調(diào)節(jié)螺絲： 調(diào)節(jié)該螺絲，可使平行光管在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動26 平行光管光軸仰角調(diào)節(jié)螺絲 ：調(diào)節(jié)平行光管的俯仰角四、實驗原理：當(dāng)光線自空氣經(jīng)三棱鏡射出后，由于折射的關(guān)系，光線將發(fā)生偏轉(zhuǎn)

8、，出射光線和入射光線之間的夾角稱為偏向角，偏向角的大小是隨著入射角的改變而改變的。當(dāng)入射角等于出射角時，偏向角具有最小值，把此時的偏向角稱為最小偏向角。只要測出光線的最小偏向角及折射棱角，就可以求出三棱鏡對該長光的折射率實驗內(nèi)容與步驟：1分光計的調(diào)整 在進(jìn)行調(diào)整前，應(yīng)先熟悉所使用的分光計中下列螺絲的位置： 目鏡調(diào)焦(看清分劃板準(zhǔn)線)手輪； 望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦(看清物體)調(diào)節(jié)手輪(或螺絲)；調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡高低傾斜度的螺絲；控制望遠(yuǎn)鏡(連同刻度盤)轉(zhuǎn)動的制動螺絲；調(diào)整載物臺水平狀態(tài)的螺絲；控制載物臺轉(zhuǎn)動的制動螺絲；調(diào)整平行光管上狹縫寬度的螺絲；調(diào)整平行光管高低傾斜度的螺絲； 平行光管調(diào)焦的狹縫套筒制動螺絲。(

9、1)目測粗調(diào)。將望遠(yuǎn)鏡、載物臺、平行光管用目測粗調(diào)成水平，并與中心軸垂直(粗調(diào)是后面進(jìn)行細(xì)調(diào)的前提和細(xì)調(diào)成功的保證)。(2)用自準(zhǔn)法調(diào)整望遠(yuǎn)鏡，使其聚焦于無窮遠(yuǎn)。調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦手輪,直到能夠清楚地看到分劃板準(zhǔn)線為止。將雙面鏡按圖5所示方位放置在載物臺上。這樣放置是出于這樣的考慮：若要調(diào)節(jié)平面鏡的俯仰，只需要調(diào)節(jié)載物臺下的螺絲a1或a2即可，而螺絲a3的調(diào)節(jié)與平面鏡的俯仰無關(guān)。沿望遠(yuǎn)鏡外側(cè)觀察可看到平面鏡內(nèi)有一亮十字，輕緩地轉(zhuǎn)動載物臺，亮十字也隨之轉(zhuǎn)動。但若用望遠(yuǎn)鏡對著平面鏡看，往往看不到此亮十字，這說明從望遠(yuǎn)鏡射出的光沒有被平面鏡反射到望遠(yuǎn)鏡中。我們?nèi)詫⑼h(yuǎn)鏡對準(zhǔn)載物臺上的平面鏡，調(diào)節(jié)鏡面的俯仰

10、，并轉(zhuǎn)動載物臺讓反射光返回望遠(yuǎn)鏡中，使由透明十字發(fā)出的光經(jīng)過物鏡后（此時從物鏡出來的光還不一定是平行光），再經(jīng)平面鏡反射，由物鏡再次聚焦，于是在分劃板上形成模糊的像斑（注意：調(diào)節(jié)是否順利，以上步驟是關(guān)鍵）。然后先調(diào)物鏡與分劃板間的距離，再調(diào)分劃板與目鏡的距離使從目鏡中既能看清準(zhǔn)線，又能看清亮十字的反射像。注意使準(zhǔn)線與亮十字的反射像之間無視差，如有視差，則需反復(fù)調(diào)節(jié)，予以消除。如果沒有視差，說明望遠(yuǎn)鏡已聚焦于無窮遠(yuǎn)。 (3)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸，使之與分光計的中心軸垂直。 平行光管與望遠(yuǎn)鏡的光軸各代表入射光和出射光的方向。為了測準(zhǔn)角度，必須分別使它們的光軸與刻度盤平行?？潭缺P在制造時已垂直于分光計的中

11、心軸。因此，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡與分光計的中心軸垂直時，就達(dá)到了與刻度盤平行的要求。具體調(diào)整方法為：平面鏡仍豎直置于載物臺上，使望遠(yuǎn)鏡分別對準(zhǔn)平面鏡前后兩鏡面，利用自準(zhǔn)法可以分別觀察到兩個亮十字的反射像。如果望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計的中心軸相垂直，而且平面鏡反射面又與中心軸平行，則轉(zhuǎn)動載物臺時，從望遠(yuǎn)鏡中可以兩次觀察到由平面鏡前后兩個面反射回來的亮十字像與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線完全重合。若望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計中心軸不垂直，平面鏡反射面也不與中心軸相平行，則轉(zhuǎn)動載物臺時，從望遠(yuǎn)鏡中觀察到的兩個亮十字反射像必然不會同時與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合，而是一個偏低，一個偏高，甚至只能看到一個。這時需要認(rèn)真分析，確定調(diào)節(jié)

12、措施，切不可盲目亂調(diào)。重要的是必須先粗調(diào)：即先從望遠(yuǎn)鏡外面目測，調(diào)節(jié)到從望遠(yuǎn)鏡外側(cè)能觀察到兩個亮十字像；然后再細(xì)調(diào)：從望遠(yuǎn)鏡視場中觀察，當(dāng)無論以平面鏡的哪一個反射面對準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，均能觀察到亮十字時，如從望遠(yuǎn)鏡中看到準(zhǔn)線與亮十字像不重合，它們的交點在高低方面相差一段距。此時調(diào)整望遠(yuǎn)鏡高低傾斜螺絲使差距減小為h/2。再調(diào)節(jié)載物臺下的水平調(diào)節(jié)螺絲，消除另一半距離，使準(zhǔn)線的上部十字線與亮十字線重合。之后，再將載物臺旋轉(zhuǎn)180o ，使望遠(yuǎn)鏡對著平面鏡的另一面，采用同樣的方法調(diào)節(jié)。如此反復(fù)調(diào)整，直至轉(zhuǎn)動載物臺時，從平面鏡前后兩表面反射回來的亮十字像都能與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合為止。這時望遠(yuǎn)鏡光軸和分光計

13、的中心軸相垂直，常稱這種方法為逐次逼近各半調(diào)整法。（4）調(diào)整平行光管 用前面已經(jīng)調(diào)整好的望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)平行光管。當(dāng)平行光管射出平行光時，則狹縫成像于望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦平面上，在望遠(yuǎn)鏡中就能清楚地看到狹縫像，并與準(zhǔn)線無視差。 調(diào)整平行光管產(chǎn)生平行光。取下載物臺上的平面鏡，關(guān)掉望遠(yuǎn)鏡中的照明小燈，用鈉燈照亮狹縫，從望遠(yuǎn)鏡中觀察來自平行光管的狹縫像，同時調(diào)節(jié)平行光管狹縫與透鏡間的距離，直至能在望遠(yuǎn)鏡中看到清晰的狹縫像為止，然后調(diào)節(jié)縫寬使望遠(yuǎn)鏡視場中的縫寬約為1mm。 調(diào)節(jié)平行光管的光軸與分光計中心軸相垂直。望遠(yuǎn)鏡中看到清晰的狹縫像后，轉(zhuǎn)動狹縫（但不能前后移動）至水平狀態(tài)，調(diào)節(jié)平行光管傾斜螺絲，使狹縫水平像被

14、分劃板的中央十字線上、下平分。這時平行光管的光軸已與分光計中心軸相垂直。再把狹縫轉(zhuǎn)至鉛直位置，并需保持狹縫像最清晰而且無視差。 至此分光計已全部調(diào)整好，使用時必須注意分光計上除刻度圓盤制動螺絲及其微調(diào)螺絲外，其它螺絲不能任意轉(zhuǎn)動，否則將破壞分光計的工作條件，需要重新調(diào)節(jié)。 2. 測量 在正式測量之前，請先弄清你所使用的分光計中下列各螺絲的位置：控制望遠(yuǎn)鏡（連同刻度盤）轉(zhuǎn)動的制動螺絲；控制望遠(yuǎn)鏡微動的螺絲。(1)用反射法測三棱鏡的頂角 使三棱鏡的頂角對準(zhǔn)平行光管，開啟鈉光燈，使平行光照射在三棱鏡的AC、AB面上，旋緊游標(biāo)盤制動螺絲，固定游標(biāo)盤位置，放松望遠(yuǎn)鏡制動螺絲，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡（連同刻度盤）尋找

15、AB面反射的狹縫像，使分劃板上豎直線與狹縫像基本對準(zhǔn)后，旋緊望遠(yuǎn)鏡螺絲，用望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲使豎直線與狹縫完全重合，記下此時兩對稱游標(biāo)上指示的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡至AC面進(jìn)行同樣的測量 重復(fù)測量三次取平均。(2) 棱鏡玻璃折射率的測定 分別放松游標(biāo)盤和望遠(yuǎn)鏡的制動螺絲，轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤（連同三棱鏡）使平行光射入三棱鏡的AC面。轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡在AB面處尋找平行光管中狹縫的像。然后向一個方向緩慢地轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤（連同三棱鏡）在望遠(yuǎn)鏡中觀察狹縫像的移動情況，當(dāng)隨著游標(biāo)盤轉(zhuǎn)動而向某個方向移動的狹縫像，正要開始向相反方向移動時，固定游標(biāo)盤。輕輕地轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，使分劃板上豎直線與狹縫像對準(zhǔn)，記下兩游標(biāo)指示的讀數(shù)；然后取下三棱鏡，

16、轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使它直接對準(zhǔn)平行光管，并使分劃板上豎直線與狹縫像對準(zhǔn)，記下對稱的兩游標(biāo)指示的讀數(shù)。重復(fù)測量三次求平均。用上式求出棱鏡的折射注意： 1、三棱鏡系光學(xué)玻璃制作，極其容易破碎，使用時必須特別小心。 2、分光計是較精密的光學(xué)儀器，要加倍愛護(hù)，不應(yīng)在制動螺絲鎖緊時強(qiáng)行轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，也不要隨意擰動狹縫。 3、在測量數(shù)據(jù)前務(wù)須檢查分光計的幾個制動螺絲是否鎖緊，若未鎖緊，取得的數(shù)據(jù)會不可靠。 4、測量中應(yīng)正確使用望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動的微調(diào)螺絲，以便提高工作效率和測量準(zhǔn)確度。 5、在游標(biāo)讀數(shù)過程中，由于望遠(yuǎn)鏡可能位于任何方位，故應(yīng)注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動過程中是否過了刻度的零點。 6、調(diào)整時應(yīng)調(diào)整好一個方向，這時已調(diào)好部分

17、的螺絲不能再隨便擰動，否則會造成前功盡棄。 7、望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整是一個重點。首先轉(zhuǎn)動目鏡手輪看清分劃板上的十字線，而后伸縮目鏡筒看清亮十字。六、思考題：1 分光計的調(diào)整有哪些要求？其檢察的標(biāo)準(zhǔn)？答：幾何要求：“三垂直”。即載物小平臺的平面，望遠(yuǎn)鏡的主光軸、平行光管的主光軸均必須與分光計的中心軸垂直。物理要求：“三聚焦”。即叉絲對目鏡聚焦，望遠(yuǎn)鏡對無窮遠(yuǎn)聚焦，狹縫對平行光管物鏡聚焦。檢驗三垂直的標(biāo)準(zhǔn)：“四平行”。即載物小平臺平面、望遠(yuǎn)鏡的主光軸、平行光管的主光軸和讀數(shù)刻度盤四者相互平行。檢驗三聚焦的標(biāo)準(zhǔn)：“三清晰”。即目鏡中觀察叉絲清晰，亮十字反回的像（綠十字）清晰，在望遠(yuǎn)鏡中看到狹縫清晰。2 即是

18、重點又是難點內(nèi)容的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)如何調(diào)整？ 答：目測粗調(diào)打開小燈調(diào)節(jié)目鏡，看清叉絲。在載物臺上放雙平面鏡（位置如膠片圖所示，為什么？），調(diào)節(jié)物鏡（仰俯角和伸縮）和載物臺（螺釘），使雙平面鏡兩面有綠十字像并清晰、無視差，此時望遠(yuǎn)鏡已聚焦無窮遠(yuǎn)。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計轉(zhuǎn)軸垂直。使雙平面鏡兩面有綠十字像。再用“減半逐步逼近法”使望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計的中心軸垂直（對照膠片講解，必要時示范講解），即叉絲的像與調(diào)整叉絲完全重合。3 平行光管如何調(diào)整？答：用已調(diào)節(jié)好的望遠(yuǎn)鏡作基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)平行光管下部仰俯螺釘，使其出射平行光。調(diào)節(jié)平行光管的狹縫寬度（強(qiáng)調(diào)：不要損壞刀口?。┦蛊叫泄夤芄廨S與分光計轉(zhuǎn)軸垂直。使目鏡中看

19、到的水平和豎直的狹縫像均居中。 七、誤差分析：在測量三棱鏡折射率實驗中,當(dāng)調(diào)節(jié)分光計的平行光管光軸與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于中心轉(zhuǎn)軸后,由實驗可知載物臺平面的傾斜程度對最小偏向角的測量沒影響,但頂角的測量隨著載物臺平面的傾斜程度不同,有著不同程度的影響。八、實驗心得: 1、提高了我們綜合分析的能力，當(dāng)面對一個問題時，首先要考慮怎樣解決，既而開始考慮解決的具體方法，在實驗前必須提前預(yù)習(xí),把整個實驗的原理,流程和注意的事項掌握清楚,這才能保證你實驗既快又好的完成.在預(yù)習(xí)時要有目的,心中明白哪里里是實驗的重點,哪里是必須注意的問題.設(shè)計實驗步驟，并預(yù)測實驗中可能出現(xiàn)的問題。對實驗的每一個細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，盡可能

20、的減小實驗誤差。這些都使我們初步培養(yǎng)了實驗的素質(zhì)和能力。 2、培養(yǎng)了實驗中科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，尊重客觀事實，對待任何實驗都客觀認(rèn)真仔細(xì)。實驗正式開始前,應(yīng)該先清點下實驗儀器和材料,并對其進(jìn)行檢查,以確保實驗順利進(jìn)行.在動手前先將心中的實驗知識對照一起過一遍再開始動手。實驗過程更始需要很精細(xì)的態(tài)度和求實的態(tài)度。對每個步驟，每個細(xì)節(jié)都要留心。 3、養(yǎng)成了我們做事認(rèn)真細(xì)致有耐心的習(xí)慣。在實驗中,你必須有耐心,因為實驗中每個變化都可能是細(xì)微的,必須集中精神才能去發(fā)現(xiàn)它,不可以急于求成。如果實驗數(shù)據(jù)與正確數(shù)據(jù)相差過大時,應(yīng)該把整個實驗過程回想一下,對照每一步驟尋求問題所在,重新做一次。 4、悉了很多儀器的使

21、用方法，在光學(xué)實驗室良好的環(huán)境和設(shè)備的情況下，我們得到了很好的鍛煉，對很多儀器的調(diào)試、測量，以及如何減小實驗誤差等，都有了很明確的認(rèn)識。我想，這在我們以后的實驗過程中會非常有用。 5、實驗老師們的耐心講解和對工作的認(rèn)真態(tài)度給我留下了很深刻的印象。輔導(dǎo)我們實驗的每一位老師，對工作都極其認(rèn)真，在實驗前,老師通常會給大家講解下實驗的注意事項,對于我們實驗中出現(xiàn)的問題都給予耐心的講解，而且，在我們實驗進(jìn)行中和實驗結(jié)束后，老師們都啟發(fā)我們思考實驗的一些外延內(nèi)容，這對我們將實驗所進(jìn)行的內(nèi)容跟課本密切聯(lián)系起來，將知識更充分地掌握。九、試驗總結(jié)：首先：光學(xué)試驗的儀器測量都十分精密，實驗中一個很小的環(huán)節(jié)都有可能導(dǎo)致試驗的失敗，以“應(yīng)用全反射臨界角法測定三棱鏡的折射率”為例，在實驗過程中