實(shí)驗(yàn)分光計(jì)實(shí)驗(yàn)義

1、實(shí)驗(yàn)16分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用分光計(jì)是一種能精確測量光線偏轉(zhuǎn)角度的光學(xué)儀器，也稱為測角儀。光學(xué)中的許多基本量如料的折射率、色散率、光波波長和進(jìn)行光譜觀測，此外還能精確測量光學(xué)平面間的火角。由丁該裝置比較精密，控制部件較多而且操作復(fù)雜，所以使用時(shí)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。分光計(jì)的調(diào)整思想、方法與技巧，在光學(xué)儀器中有一定的代表性，學(xué)會對它的調(diào)節(jié)和使用方法，有助丁掌握操作更為復(fù)雜的光學(xué)儀器。對丁初次使用者來說，往往會遇到一些困難。但只要在實(shí)驗(yàn)調(diào)整觀察中，弄活調(diào)整要求，注意觀察出現(xiàn)的現(xiàn)象，并努力運(yùn)用已有的理論知識去分析、指導(dǎo)操作，在反復(fù)練習(xí)之后才開始正式實(shí)驗(yàn)，一般也

2、能掌握分光計(jì)的使用方法，并順利地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)，掌握調(diào)節(jié)和使用分光計(jì)的方法。2、掌握測定棱鏡角的方法。3、用最小偏向角法測定棱鏡玻璃的折射率。二、實(shí)驗(yàn)原理三棱鏡如圖16-1所示，AB和AC是透光的光學(xué)表面，乂稱折射面，其火角a稱為三棱鏡的頂角；BC為毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。圖16-1三棱鏡示意圖?1.反射法測三棱鏡頂角a如圖16-2所示，一束平行光入射丁三棱鏡，經(jīng)過AB面和AC面反射的光線沿T3和T4方位射出，T3和T4方向的火角記為0,由幾何學(xué)關(guān)系可知：二=71一8(16-1)圖16-2反射法測頂角2.最小偏向角法測三棱鏡玻璃的折射率假設(shè)有一束單色平行光L

3、D入射到棱鏡上，經(jīng)過兩次折射后沿ER方向射出,則入射光線LD與出射光線ER問的火角a稱為偏向角，如圖16-3所示。?圖16-3最小偏向角的測定轉(zhuǎn)動三棱鏡，改變?nèi)肷涔鈱鈱W(xué)面AC的入射角，出射光線的方向ER也隨之改變，即偏向角a發(fā)生變化。沿偏向角減小的方向繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動三棱鏡，使偏向角逐漸減??；當(dāng)轉(zhuǎn)到某個(gè)位置時(shí)，若再繼續(xù)沿此方向轉(zhuǎn)動，偏向角乂將逐漸增大,此位置時(shí)偏向角達(dá)到最小值，測出最小偏向角amin?？梢宰C明棱鏡材料的折射率n與頂角a及最小偏向角的關(guān)系式為：.1，、Sin(min)n2(16-2)asin2實(shí)驗(yàn)中，利用分光鏡測出三棱鏡的頂角a及最小偏向角amin,即可由上式算出棱鏡材料的折射率三

4、、實(shí)驗(yàn)儀器分光計(jì)（JJY型T）、雙面鏡、鈉光燈、三棱鏡儀器使用說明關(guān)丁分光計(jì)的調(diào)整（分光計(jì)結(jié)構(gòu)如圖16-4所示）圖16-4JJY型1'分光計(jì)實(shí)物結(jié)構(gòu)圖在進(jìn)行調(diào)整前，應(yīng)先熟悉所使用的分光計(jì)中下列螺絲的位置：目鏡調(diào)焦（看活分劃板準(zhǔn)線）手輪；望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦（看活物體）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。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

5、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，直到能夠活楚地看到分劃板”準(zhǔn)線"為止。?接上照明小燈電源，打開開關(guān)，可在目鏡視場中看到如圖16-5所示的“準(zhǔn)線”度射像目鏡視場?圖16-5目鏡視場和帶有綠色小十字的窗口。將雙面鏡按圖16-6所示方位放置在載物臺上。這樣放置是出丁這樣的考慮：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ai或a2即可，而螺絲a3的調(diào)節(jié)與平面鏡的俯仰無關(guān)。平面鏡圖16-6平面鏡的放置?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

6、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，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(shí)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活準(zhǔn)線,乂能看活亮十字的反射像。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(jì)的中心軸垂直。?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

7、鏡面，利用自準(zhǔn)法可以分別觀察到兩個(gè)亮十字的反射像。如果望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計(jì)的中心軸相垂直，而且平面鏡反射面乂與中心軸平行，則轉(zhuǎn)動載物臺時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中可以兩次觀察到由平面鏡前后兩個(gè)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，如圖16-7(c)所示。若望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)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(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中觀察到的兩個(gè)亮十字反射像必然不會同時(shí)與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合，而是一個(gè)偏低，一個(gè)偏高，甚至只能看到一個(gè)。這時(shí)需要認(rèn)真分析，確定調(diào)節(jié)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(gè)亮十字像；然后再細(xì)調(diào)：從

8、望遠(yuǎn)鏡視場中觀察，當(dāng)無論以平面鏡的哪一個(gè)反射面對準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，均能觀察到亮十字時(shí)，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(diǎn)在高低方面相差一段距離如圖16-7(a)所示。？此時(shí)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡高低傾斜螺絲使差距減小為h/2，如圖16-7(b)所示。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，如圖16-7(c)所示。之后，再將載物臺旋轉(zhuǎn)180°,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(shí)，從平面鏡前后兩表面反射回來這時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸和分光計(jì)的亮十字像都能與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合為止。的中心軸相垂直，常稱這種方法為逐次逼

9、近各半調(diào)整法。圖16-7亮十字像與分劃板準(zhǔn)線的位置關(guān)系?(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(shí)，則狹縫成像丁望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦平面上，在望遠(yuǎn)鏡中就能活楚地看到狹縫像，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(shí)調(diào)節(jié)平行光管狹縫與透鏡間的距離，直至能在望遠(yuǎn)鏡中看到活晰的狹縫像為止，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(jì)中心軸相垂直。望遠(yuǎn)鏡中看到活晰的狹縫像后，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

10、分劃板的中央十字線上、下平分，如圖16-8(a)所示。這時(shí)平行光管的光軸已與分光計(jì)中心軸相垂直。再把狹縫轉(zhuǎn)至鉛直位置，并需保持狹縫像最活晰而且無視差，位置如圖16-8(b)所示。圖16-8狹縫像與分劃板位置使用時(shí)必須注意分光計(jì)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(jì)的工作條件，需要重新調(diào)節(jié)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1分光計(jì)的調(diào)整（見儀器使用說明）2.測量?在正式測量之前，請先弄活你所使用的分光計(jì)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成?如圖16-2所示，使三棱鏡的頂角對準(zhǔn)平行光管，開啟鈉光燈，使平行

11、光照射在三棱鏡的AGAB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(shí)兩對稱游標(biāo)上指示的讀數(shù)T3、T3。轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡至AC面進(jìn)行同樣的測量得T4、T4。可得缶=|T4-T3Iw=|t；-t三棱鏡的頂角a為缶頊1ot=J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，如圖16-3所示。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(gè)方向緩慢地轉(zhuǎn)動

12、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(gè)方向移動的狹縫像，正要開始向相反方向移動時(shí)，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)，記為丁5、T3；然后取下三棱鏡，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)，記為T6、T6,可得%二半叫+|%-卻重復(fù)測量三次求平均。五、數(shù)據(jù)處理列表記錄所有的數(shù)據(jù)：1、反射法測頂角:表16-1次坐標(biāo)T3T3，T4T4a123a表16-1中的私=E-丁4|、氣=|丁3-丁3|、。一七2、測最小偏向角Smin表16-2次T5T5T6T6&min1236vmin表16-2中的3、棱鏡玻璃的折射率n：將以上數(shù)據(jù)即頂角口、最小偏向角min代入下面公sin二（、min：）2sin2計(jì)算得至U：n=o六、思考題1. 【預(yù)習(xí)思考題】分光計(jì)的調(diào)節(jié)要求有哪些？2. 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡適合觀察平行光即達(dá)到調(diào)焦無窮遠(yuǎn)時(shí)，目鏡視場中看到的綠”十”字像和”?！毙瘟x絲應(yīng)滿足什么要求？如何調(diào)節(jié)？3. 望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸不垂直時(shí)，應(yīng)如何調(diào)節(jié)？4. 【討論思考題】已調(diào)好望遠(yuǎn)鏡光軸垂直主軸，若將平面鏡取下后，乂放到載物臺上（放的位置與拿下前的位置不同）,發(fā)現(xiàn)兩鏡面乂不垂直望遠(yuǎn)鏡光軸了，這是為什么？是否說明望遠(yuǎn)鏡光軸還沒調(diào)