分光計的調(diào)整與使用

分光計的調(diào)整與使用加灰色底紋部分是預(yù)習(xí)報告必寫部分【實驗?zāi)康摹苛私夥止庥嫷幕窘Y(jié)構(gòu)和原理掌握分光計的調(diào)整要求和調(diào)整方法學(xué)會使用調(diào)整好的分光計測三棱鏡的頂角【實驗儀器與用具】分光計主要由底座、平行光管、望遠(yuǎn)鏡、載物臺和讀數(shù)圓盤五部分組成。外形如圖1所示。圖1分光計外形圖1一狹縫裝置；2一狹縫裝置鎖緊螺釘；3一平行光管；4一制動架(二)；5一載物臺；6一載物臺調(diào)節(jié)螺釘(3只)；7一載物臺鎖緊螺釘；8一望遠(yuǎn)鏡；9—目鏡鎖緊螺釘；10—阿貝式自準(zhǔn)直目鏡；11一目鏡調(diào)節(jié)手輪；12—望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)節(jié)螺釘；13—望遠(yuǎn)鏡水平調(diào)節(jié)螺釘；14一望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺釘；15—轉(zhuǎn)座與刻度盤止動螺釘；16—望遠(yuǎn)鏡止動螺釘；17一制動架(一)；18一底座；19一轉(zhuǎn)座；20一刻度盤；21—游標(biāo)盤；22一游標(biāo)盤微調(diào)螺釘；23—游標(biāo)盤止動螺釘；24一平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘；25一平行光管仰角調(diào)節(jié)螺釘；26一狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪底座一一中心有一豎軸，望遠(yuǎn)鏡和讀數(shù)圓盤可繞該軸轉(zhuǎn)動，該軸也稱為儀器的公共軸或主軸。平行光管一一是產(chǎn)生平行光的裝置，管的一端裝一會聚透鏡，另一端是帶有狹縫的圓筒，狹縫寬度可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。望遠(yuǎn)鏡——觀測用，由目鏡系統(tǒng)和物鏡組成，為了調(diào)節(jié)和測量，物鏡和目鏡之間還裝有分劃板，它們分別置于內(nèi)管、外管和中管內(nèi)，三個管彼此可以相互移動，也可以用螺釘固定。參看圖2,在中管的分劃板下方緊貼一塊45°全反射小棱鏡，棱鏡與分劃板的粘貼部分涂成黑色，僅留一個綠色的小十字窗口。光線從小棱鏡的另一直角邊入射，從45°反射面反射到分劃板上，透光部分便形成一個在分劃板上的明亮的十字窗。載物臺一一放平面鏡、棱鏡等光學(xué)元件用。臺面下三個螺釘可調(diào)節(jié)臺面的傾斜角度，平臺的高度可旋松螺釘(7)升降，調(diào)到合適位置再鎖緊螺釘。讀數(shù)圓盤——是讀數(shù)裝置。由可繞儀器公共軸轉(zhuǎn)動的刻度盤和游標(biāo)盤組成。度盤上刻有720等分刻線，格值為30分。在游標(biāo)盤對稱方向設(shè)有兩個角游標(biāo)。這是因為讀數(shù)時，要讀出兩個游標(biāo)處的讀數(shù)值，然后取平均值，這樣可消除刻度盤和游標(biāo)盤的圓心與儀器主軸的軸心不重合所引起的偏心誤差。圖2望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺相似，這里讀出的是角度。讀數(shù)時，以角游標(biāo)零線為準(zhǔn)，讀出刻度盤上的度值，再找游標(biāo)上與刻度盤上剛好重合的刻線為所求之分值。如果游標(biāo)零線落在半度刻線之外，則讀數(shù)應(yīng)加上30'。分光計的調(diào)整原理和方法調(diào)整分光計，最后要達(dá)到下列要求：平行光管發(fā)出平行光；望遠(yuǎn)鏡對平行光聚焦(即接收平行光);望遠(yuǎn)鏡、平行光管的光軸垂直儀器公共軸。分光計調(diào)整的關(guān)鍵是調(diào)好望遠(yuǎn)鏡，其他的調(diào)整可以以望遠(yuǎn)鏡為標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡目鏡調(diào)焦這是為了使眼睛通過目鏡能清楚的看到圖3所示分劃板上的刻線。調(diào)焦方法是把目鏡調(diào)焦手輪輕輕旋出，或旋進(jìn)，從目鏡中觀看，直到分劃板刻線清晰為止。調(diào)望遠(yuǎn)鏡對平行光聚焦圖3從目鏡中看到的分劃板 圖4載物臺上雙面鏡放置的俯視圖這是要將分劃板調(diào)到物鏡焦平面上，調(diào)整方法是：把目鏡照明，將雙面平面鏡放到載物臺上。為了便于調(diào)節(jié)，平面鏡與載物臺下三個調(diào)節(jié)螺釘?shù)南鄬ξ恢萌鐖D4。粗調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸與鏡面垂直一一用眼睛估測一下，把望遠(yuǎn)鏡調(diào)成水平，再調(diào)載物臺螺釘，使鏡面大致與望遠(yuǎn)鏡垂直。觀察與調(diào)節(jié)鏡面反射像一一固定望遠(yuǎn)鏡，雙手轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，于是載物臺跟著一起轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)到平面鏡正好對著望遠(yuǎn)鏡時，在目鏡中應(yīng)看到一個綠色亮十字隨著鏡面轉(zhuǎn)動而動，這就是鏡面反射像。如果像有些模糊，只要沿軸向移動目鏡筒，直到像清晰，再旋緊螺釘，則望遠(yuǎn)鏡已對平行光聚焦。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸垂直儀器主軸當(dāng)鏡面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直時，它的反射像應(yīng)落在目鏡分劃板上與下方十字窗對稱的上十字線中心，見圖3平面鏡繞軸轉(zhuǎn)180。后，如果另一鏡面的反射像也落在此處，這表明鏡面平行儀器主軸。當(dāng)然，此時與鏡面垂直的望遠(yuǎn)鏡光軸也垂直儀器主軸。在調(diào)整過程中出現(xiàn)的某些現(xiàn)象是何原因?調(diào)整什么?應(yīng)如何調(diào)整，這是要分析清楚的。例如，是調(diào)載物臺?還是調(diào)望遠(yuǎn)鏡?調(diào)到什么程度?下面簡述之。載物臺傾角沒調(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，但載物臺傾角沒調(diào)好，見圖5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(向下)調(diào)到兩像點距離的一半，使鏡面A和B的像落在分劃板上同一高度。望遠(yuǎn)鏡光軸沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假設(shè)載物臺已調(diào)好，但望遠(yuǎn)鏡光軸不垂直儀器主軸，見圖6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，反射像像落在上十字線的下方。顯然，調(diào)整方法是只要調(diào)整望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)切螺釘(12)，把像調(diào)到上十字線上即可，見圖(c)。載物臺和望遠(yuǎn)鏡光軸都沒調(diào)好的表現(xiàn)和調(diào)整方法表現(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)，再把像調(diào)到上十字線上，見圖6(c)。望遠(yuǎn)鏡A鏡面像偏上轉(zhuǎn)180°望遠(yuǎn)鏡A鏡面像偏上轉(zhuǎn)180°后B鏡面像偏下A、B鏡血像都落在上十字線上圖5載物臺傾角沒調(diào)好的調(diào)整平行光管發(fā)出平行光并垂直儀器主軸將被照明的狹縫調(diào)到平行光管物鏡焦平面上，物鏡將出射平行光。調(diào)整方法是：取下平面鏡和目鏡照明光源，狹縫對準(zhǔn)前方水銀燈光源，使望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向平行光管方向，在目鏡中觀察狹縫像，沿軸向移動狹縫筒，直到像清晰。這表明光管已發(fā)出平行光，為什么？再將狹縫轉(zhuǎn)向橫向，調(diào)螺釘(25)，將像調(diào)到中心橫線上，見圖7(a)。這表明平行光管光軸已與望遠(yuǎn)鏡光軸共線，所以也垂直儀器主軸。螺釘(25)不能再動。(為什么)？再將狹縫調(diào)成垂直，鎖緊螺釘，見圖7(b)鏡面A、B的反射像都偏上鏡面A、B的反射像都偏上鏡面A、B的反射像都偏下鏡面A、B的像都落在上十字線上圖6望遠(yuǎn)鏡光軸沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整原理圖7圖7平行光管光軸與望遠(yuǎn)鏡光軸共線圖【實驗步驟】調(diào)整分光計(要求與調(diào)整方法見原理部分)使三棱鏡光學(xué)側(cè)面垂直望遠(yuǎn)鏡光軸調(diào)載物臺的上下臺面大致平行，將棱鏡放到平臺上，使棱鏡三邊與臺下三螺釘?shù)倪B線成三連互相垂直，見圖8。試分析這樣放置的好處。圖8三棱鏡在載物臺上的正確放法 圖9測棱鏡頂角A接通目鏡照明光源，遮住從平行光管來的光。轉(zhuǎn)動載物臺，在望遠(yuǎn)鏡中觀察從側(cè)面AC和AB反射回來的十字像，只調(diào)臺下三螺釘，使其反射像都落到上十字線處，見圖9調(diào)節(jié)時，切莫動螺釘(12)(為什么？)。注意：每個螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)要輕微，要同時觀察它對各側(cè)面反射像的影響。調(diào)好后的棱鏡，其位置不能再動。測棱鏡頂角A自準(zhǔn)法：對兩游標(biāo)作一適當(dāng)標(biāo)記，分別稱游標(biāo)1和游標(biāo)2,切記勿顛倒。旋緊度盤下螺釘(16)、(17)，望遠(yuǎn)鏡和刻度盤固定不動。轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，使棱鏡AB面正對望遠(yuǎn)鏡，見圖9記下游標(biāo)1的讀數(shù)氣和游標(biāo)2的讀數(shù)P1。再轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，再使AC面正對望遠(yuǎn)鏡，記下游標(biāo)1的讀數(shù)a2和游標(biāo)2的讀數(shù)P2。同一游標(biāo)兩次讀數(shù)之差|氣-％|或|隊-%|，即是載物臺轉(zhuǎn)過的角度中，而中是A角的補角，A=兀一中反射法如圖10所示，一束平行光由頂角方向射入，在兩光學(xué)面上分成兩束反射光。測出兩束反射光線之間的夾角9,則可得到頂角A為A=1中2實驗時，將待測棱鏡放在分光計載物小平臺上，使棱鏡的折射棱正對平行光管，并接近載物臺的中心位置，如圖10所示。調(diào)節(jié)載物臺面平面與分光計主軸垂直，旋緊7、25,鎖緊載物臺和游標(biāo)盤，緩慢轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，用望遠(yuǎn)鏡尋找經(jīng)過棱鏡兩反射面反射回來的狹縫像，使狹縫像與分劃板中心豎線重合。記錄下望遠(yuǎn)鏡所處位置分別為I和II時的兩刻度盤讀數(shù)以、P和a、P，112 2則望遠(yuǎn)鏡分別處于I和II位置時光軸的夾角為2(|以]-a2+|6]-62|)。重復(fù)測量三次，求出頂角A。注意事項轉(zhuǎn)動載物臺，都是指轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤帶動載物臺一起轉(zhuǎn)動。狹縫寬度1mm左右為宜，寬了測量誤差大，窄了光通量小。狹縫易損壞，盡量少調(diào)，調(diào)節(jié)時要邊看邊調(diào)，動作要輕，切忌兩縫太近。光學(xué)儀器螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)動作要輕柔，鎖緊鏢釘也是指鎖住即可，不可用力過大，以免損壞器件?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】表1：自準(zhǔn)法次數(shù)垂直光線1角坐標(biāo)垂直光線2角坐標(biāo)角坐標(biāo)a差角坐標(biāo)8差頂角A游標(biāo)1a1游標(biāo)2：P1游標(biāo)1a2游標(biāo)2：P之a(chǎn)—a1 2仲1-吁123TOC\o"1-5"\h\z表1中頂角A=1800'一；（|以—以|+P-P|），并且若|a—a|、P-P|大于180°，則頂角A計212’ 12’ 1 2 1 21算式中的Ia—aI、|P-pI分別用360°-a—a|、360°-|p—p|代替。、212 1 2 1 21表2:反射法次數(shù)反射光線1角坐標(biāo)反射光線2角坐標(biāo)角坐標(biāo)a差角坐標(biāo)8差頂角A游標(biāo)1：a1游標(biāo)2：P1游標(biāo)1a2游標(biāo)2：P之a(chǎn)—a1 2仲1-吁123TOC\o"1-5"\h\z表2中A=1x[!(a—a|+|P—PI)]，并且若a—aI、|P—P|大于180°，則頂角A計算式中的2 2 1 2 1 2 11 2 11 21a—a、|p—p|分別用360°-a—a、360°-IP—p|代替。1 2 11 2' 1 2 11 21利用表1和表2中的6個頂角A的計算值算出頂角A的平均值：~7 1