分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測定

分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測定第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日實驗簡介分光儀是一種能精確測量角度的典型光學儀器，常用來測量折射率、光波波長、色散率和觀測光譜等。由于該裝置比較精密,操縱控制部件較多而復雜，故使用時必須按一定的規(guī)則嚴格調(diào)整，方能獲得較高精度的測量結(jié)果。

對于初學者來說，往往會遇到一些困難，但只要在調(diào)整，實驗過程中，明確調(diào)整要求，注意觀察現(xiàn)象，并努力運用已有的理論知識去分析，指導操作，一般是能夠掌握的。第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日實驗目的

1.了解光學測角儀的主要構(gòu)造，正確掌握調(diào)整光學測角儀的要求和方法。2.測定三棱鏡的頂角，觀察三棱鏡對汞燈的色散現(xiàn)象。第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日實驗原理三棱鏡如右圖所示，AB和AC是透光的光學表面，又稱折射面，其夾角稱為三棱鏡的頂角；BC為毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.自準法測量三棱鏡的頂角

右圖是自準法測量三棱鏡頂角的示意圖第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日利用望遠鏡自身產(chǎn)生平行光，固定望遠鏡，轉(zhuǎn)動小平臺，先使棱鏡AB面反射的十字像落在分劃板上“≠”準線上部的交點上(即望遠鏡光軸與三棱鏡AB面垂直)，記下刻度盤對稱游標的方位角讀數(shù)θ1、θ2。然后再轉(zhuǎn)動小平臺使AC面反射的十字像與“≠”準線的上交點重合（即望遠鏡光軸與AC面垂直），記下讀數(shù)ˊ、ˊˊ（注意ˊ與

為同一游標讀得的望遠鏡方位角，而θ2與ˊ則為另一游標上讀得的方位角），兩次讀數(shù)相減即得頂角的補角?！?180°-，可以證明：第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.反射法測量三棱鏡的頂角右圖是反射法測量三棱鏡頂角的示意圖。將三棱鏡放在截物臺上，使平行光管射出的光束投射到棱鏡的兩個折射面上，從棱鏡左面反射的光可將望遠鏡轉(zhuǎn)至處觀察，使用望遠鏡微調(diào)螺絲使“≠”準線的中心垂直線對準反射狹縫像，從兩個游標上讀出方位角讀數(shù)和，再將望遠鏡轉(zhuǎn)至處觀測從棱鏡右面反射的狹縫像，又可分別讀得方位角和。由圖可以證明三棱鏡的頂角：ⅠⅡⅠⅡ第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日實驗儀器

分光儀雙面鏡低壓汞燈（連鎮(zhèn)流器）三棱鏡照明小燈等第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日光學測角儀簡介：

載物臺平行光管望遠鏡讀數(shù)裝置第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日準線目視鏡場透光窗目鏡分劃板小棱鏡小電珠物鏡(1)自準直望遠鏡（阿貝式）部分阿貝式自準望遠鏡由目鏡，分劃板及物鏡三部份組成。分劃板上刻的是“≠”形準線，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，可在望遠鏡目鏡視場中看到圖中所示的景象。第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日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，小電珠發(fā)出透過空心十字窗的光經(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。若平面鏡面與望遠鏡光軸垂直，此象將落在“≠”準線上部的交叉點上,如下圖所示:第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日反射像平面鏡自準直望遠鏡光路圖第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日(2)平行光管部份：平行光管的一端裝有會聚透鏡，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。當狹縫位于透鏡的焦平面上時，能使照在狹縫上的光經(jīng)過透鏡后成為平行光。平行光管光源狹縫會聚透鏡第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日(3)載物小平臺部份：

載物小平臺用以放置待測物體，臺下有三個調(diào)平螺釘a1、a2、a3，可調(diào)整平臺的水平位置，如下圖所示。載物小平臺第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日（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°對稱安置的兩個游標T、T′組成，如右圖所示。刻度圓盤分成360°，最小分度為半度（30′），小于半度的讀數(shù)利用游標讀出。游標上有30格，故游標上的讀數(shù)單位為1′。ˊ第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日角游標讀數(shù)方法與一般游標相同，如下圖所示的位置，先讀出游標0刻線左邊所指刻度盤的度數(shù)（必須注意是否超過半刻度線），再讀出游標上第幾根線與刻度盤刻線對準，然后將二次所讀的數(shù)相加即可。上圖中先讀出87°30′，再讀出15′，兩者相加即：87°30′+15′=87°45′ˊ兩個游標對稱放置是為了消除刻度盤中心與分光計中心軸線之間的偏心差，測量時要同時記下兩游標所示的讀數(shù)。第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日實驗內(nèi)容一、分光儀的調(diào)節(jié)1.目測粗調(diào)為了準確測出角度，根據(jù)分光儀的工作條件，調(diào)整望遠鏡和平行光管光軸與光學測角儀中心軸嚴格垂直，一般可以先用目測法進行粗調(diào)。第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日首先調(diào)整望遠鏡光軸水平方位調(diào)節(jié)螺釘使望遠鏡光軸對準分光儀中心軸，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準分光儀中心軸。第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日接看調(diào)整望遠鏡和平行光管的仰角調(diào)節(jié)螺釘，使望遠鏡和平行光管呈水平狀態(tài)。最后調(diào)整載物臺三只調(diào)平螺釘，使載物臺上臺面與固定座四周間隙相等。第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.用自準法調(diào)整望遠鏡：

(1)點亮照明小燈，轉(zhuǎn)動目鏡并調(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上，雙面鏡平面與B1、B3連線垂直，B1、B2、B3是載物臺下三只調(diào)平螺釘，H是插銷，從側(cè)面觀察，眼睛與望遠鏡中心軸等高。如果從雙面鏡正、反兩面均能觀察到完整的亮十字反射像，則說明雙面鏡正、反兩面反射的亮十字光線能進入望遠鏡。第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日H第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.三棱鏡的放置與調(diào)整：

將三棱鏡按右圖所示放置，光學面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光學面與B2、B3螺釘連線垂直。三棱鏡是被測量對象，在加工時側(cè)面與底面的垂直度存在誤差，所以還需進一步對三棱鏡進行調(diào)整。第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日從圖中可以看出，當望遠鏡對準AB光學面用自準法調(diào)整時,B1、B2螺釘起作用，而調(diào)整AC光學面時，則B2、B3螺釘起作用。這時B2是對AB光學面與AC光學面均起作用的調(diào)節(jié)螺釘，在調(diào)整時這個螺釘B2不參與調(diào)整。所以用自準法調(diào)整三棱鏡時，調(diào)整AB光學面時調(diào)整B1螺釘，使十字反射像中心與“≠”準線上交點重合。而調(diào)整AC光學面時則調(diào)整B3螺釘。第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日這時望遠鏡的仰角調(diào)節(jié)螺釘固定不動。由于三棱鏡的光學面反射的十字像較淡，必須仔細觀察，同時用照明小燈放在三棱鏡的后面作為背景光照亮“≠”準線。注

意第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.平行光管的調(diào)整：第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日二.反射法測量三棱鏡頂角

1.三棱鏡的放置：（在三棱鏡放置前，先調(diào)整游標盤使左右游標T、T′分別在平行光管的兩邊，然后鎖緊游標盤止動螺釘，固定游標盤）第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日如右圖所示載物臺平面有三條互成120°的等分線a、b、c。松開載物臺鎖緊螺釘，使其中一條等分線a對準平行光管軸線，插銷H在右上角，擰緊載物臺鎖緊螺釘。三棱鏡頂角A放在載物臺中心,棱鏡光學面AB、AC分別與等分線b、c夾角相等。然后轉(zhuǎn)動望遠鏡對準等分線B、C時，即可在此附近找到狹縫的像。同時擰緊左下角分度盤鎖緊螺釘。H第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.用反射法在Ⅰ、Ⅱ二個位置測量數(shù)據(jù)時，一定要使狹縫像與目鏡中垂直義絲相平行。當望遠鏡對準狹縫像時，擰緊望遠鏡止動螺釘，然后利用望遠鏡的微調(diào)裝置使義絲位于狹縫像的中央，從左、右游標上讀取數(shù)據(jù)。望遠鏡從位置Ⅰ轉(zhuǎn)到位置Ⅱ時，所轉(zhuǎn)過的角度是同一游標兩次方位角讀數(shù)之差。3.本實驗系多次測量，要求至少測量三組數(shù)據(jù)，每次測完一組數(shù)據(jù)后，松開左下角分度盤鎖緊螺釘，使分度盤轉(zhuǎn)過一個角度，再擰緊刻度盤鎖緊螺釘，然后進行第二次測量，這樣可以使每組數(shù)據(jù)不同，避免一次讀錯，重復錯誤。第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.在測讀過程中，由于望遠鏡可能處在任何方位，故必須注意望遠鏡轉(zhuǎn)動過程中是否越過了刻度盤的零點，如越過了刻度零點。則必須按式

φ=360°-|θi-θi′|ˊ來計算望遠鏡轉(zhuǎn)角。5.數(shù)據(jù)記錄表格.

第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日注意事項

1.同學進入實驗室先不要盲目亂動儀器，要在教師的指導下，有目的的進行分光儀調(diào)整。2.平面鏡及三棱鏡系光學元件，光學表面不能用手觸摸，如發(fā)現(xiàn)有灰塵或污斑可用擦鏡紙揩拭。第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.轉(zhuǎn)動望遠鏡時應用手扶住望遠鏡托架轉(zhuǎn)動，不能用手直接抓住自準目鏡轉(zhuǎn)動望遠鏡。4.實驗桌上每一位同學有一抽屜，書包及其他無關物品均應放在抽屜內(nèi)。5.在調(diào)整過程中，三棱鏡如從分光計上拿下來，應放在棱鏡盒內(nèi)，以免不慎碰落地上，敲碎棱鏡。如發(fā)生棱鏡敲碎事件，教師應責成該同學寫檢查，并酌情賠償。6.實驗完畢，教師安排同學整理儀器和打掃衛(wèi)生。第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日【預習思考題】1.請正確讀出下列圓游標所指出的讀數(shù)。ⅠⅡ第三十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.三棱鏡按下圖放置在載物臺上，在調(diào)整三棱鏡光學面AB，AC時，請指出載物臺下三只調(diào)平螺釘B1、B2、B3哪一只螺釘不參與調(diào)整？3.分光儀由哪幾個主要部件組成？