分光計的調(diào)節(jié)與使用.doc

分光計的調(diào)節(jié)與使用【教學(xué)目的】1. 掌握分光計的基本結(jié)構(gòu)2. 掌握分光計調(diào)節(jié)的方法與技能3. 學(xué)習(xí)用分光計測量三棱鏡的偏向角【教學(xué)重點】1. 分光計的基本結(jié)構(gòu)與光路原理2. 分光計的調(diào)節(jié)原理與方法【教學(xué)難點】分光計的調(diào)節(jié)原理與方法【課程講授】提問1. 分光計由哪幾部分組成？2. 分光計的調(diào)節(jié)需要滿足哪幾個要求？一、實驗原理1.分光計的結(jié)構(gòu)分光計主要由底座、平行光管、望遠鏡、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狹縫裝置；2狹縫裝置鎖緊螺釘；3平行光管；4制動架(二)；5載物臺；6載物臺調(diào)節(jié)螺釘(3只)；7載物臺鎖緊螺釘；8望遠鏡；9目鏡鎖緊螺釘；10阿貝式自準直目鏡；11目鏡調(diào)節(jié)手輪；12望遠鏡仰角調(diào)節(jié)螺釘；13望遠鏡水平調(diào)節(jié)螺釘；14望遠鏡微調(diào)螺釘；15轉(zhuǎn)座與刻度盤止動螺釘；16望遠鏡止動螺釘；17制動架(一)；18底座；19轉(zhuǎn)座；20刻度盤；21游標盤；22游標盤微調(diào)螺釘；23游標盤止動螺釘；24平行光管水平調(diào)節(jié)螺釘；25平行光管仰角調(diào)節(jié)螺釘；26狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪 (1)底座中心有一豎軸，望遠鏡和讀數(shù)圓盤可繞該軸轉(zhuǎn)動，該軸也稱為儀器的公共軸或主軸。(2)平行光管是產(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)。(3)望遠鏡觀測用，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。 (4)載物臺放平面鏡、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。(5)讀數(shù)圓盤是讀數(shù)裝置。由可繞儀器公共軸轉(zhuǎn)動的刻度盤和游標盤組成。度盤上刻有720等分刻線，格值為30分。在游標盤對稱方向設(shè)有兩個角游標。這是因為讀數(shù)時，要讀出兩個游標處的讀數(shù)值，然后取平均值，這樣可消除刻度盤和游標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望遠鏡結(jié)構(gòu)讀數(shù)方法與游標卡尺相似，這里讀出的是角度。讀數(shù)時，以角游標零線為準，讀出刻度盤上的度值，再找游標上與刻度盤上剛好重合的刻線為所求之分值。如果游標零線落在半度刻線之外，則讀數(shù)應(yīng)加上30。2.分光計的調(diào)整原理和方法調(diào)整分光計，最后要達到下列要求：平行光管發(fā)出平行光；望遠鏡對平行光聚焦(即接收平行光)；望遠鏡、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)好望遠鏡，其他的調(diào)整可以以望遠鏡為標準。(1)調(diào)整望遠鏡1)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，從目鏡中觀看，直到分劃板刻線清晰為止。2)調(diào)望遠鏡對平行光聚焦 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：(a)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。(b)粗調(diào)望遠鏡光軸與鏡面垂直用眼睛估測一下，把望遠鏡調(diào)成水平，再調(diào)載物臺螺釘，使鏡面大致與望遠鏡垂直。(c)觀察與調(diào)節(jié)鏡面反射像固定望遠鏡，雙手轉(zhuǎn)動游標盤，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，則望遠鏡已對平行光聚焦。3)調(diào)整望遠鏡光軸垂直儀器主軸當鏡面與望遠鏡光軸垂直時，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。當然，此時與鏡面垂直的望遠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)望遠鏡?調(diào)到什么程度?下面簡述之。(a)載物臺傾角沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假設(shè)望遠鏡光軸已垂直儀器主軸，但載物臺傾角沒調(diào)好，見圖5平面鏡面反射光偏上，載物臺轉(zhuǎn)180后，面反射光偏下，在目鏡中看到的現(xiàn)象是面反射像在面反射像的上方。顯然，調(diào)整方法是把面像(或面像)向上(向下)調(diào)到兩像點距離的一半，使鏡面和的像落在分劃板上同一高度。(b)望遠鏡光軸沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假設(shè)載物臺已調(diào)好，但望遠鏡光軸不垂直儀器主軸，見圖6在圖(a)中，無論平面鏡面還是面，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)整望遠鏡仰角調(diào)切螺釘(12)，把像調(diào)到上十字線上即可，見圖(c)。(c)載物臺和望遠鏡光軸都沒調(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)。圖5載物臺傾角沒調(diào)好的圖6望遠鏡光軸沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整原理(2)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，狹縫對準前方水銀燈光源，使望遠鏡轉(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)圖7平行光管光軸與望遠鏡光軸共線圖 圖8三棱鏡最小偏向角原理圖3.用最小偏向角法測三棱鏡材料的折射率見圖8，一束單色光以角入射到面上，經(jīng)棱鏡兩次折射后，從面射出來，出射角為。入射光和出射光之間的夾角稱為偏向角。當棱鏡頂角一定時，偏向角的大小隨入射角的變化而變化。而當時，為最小(證明略)。這時的偏向角稱為最小偏向角，記為。由圖8中可以看出，這時 (1)設(shè)棱鏡材料折射率為，則故 (2)由此可知，要求得棱鏡材料的折射率，必須測出其頂角和最小偏向角。二、實驗步驟1.調(diào)整分光計(要求與調(diào)整方法見原理部分)2.使三棱鏡光學(xué)側(cè)面垂直望遠鏡光軸(1)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9。試分析這樣放置的好處。圖9三棱鏡在載物臺上的正確放法 圖10測棱鏡頂角(2)接通目鏡照明光源，遮住從平行光管來的光。轉(zhuǎn)動載物臺，在望遠鏡中觀察從側(cè)面和反射回來的十字像，只調(diào)臺下三螺釘，使其反射像都落到上十字線處，見圖10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。3.測棱鏡頂角對兩游標作一適當標記，分別稱游標1和游標2，切記勿顛倒。旋緊度盤下螺釘(16)、(17)，望遠鏡和刻度盤固定不動。轉(zhuǎn)動游標盤，使棱鏡面正對望遠鏡，見圖10記下游標1的讀數(shù)和游標2的讀數(shù)。再轉(zhuǎn)動游標盤，再使面正對望遠鏡，記下游標1的讀數(shù)和游標2的讀數(shù)。同一游標兩次讀數(shù)之差或，即是載物臺轉(zhuǎn)過的角度，而是角的補角，4.測三棱鏡的最小偏向角(1)平行光管狹縫對準前方水銀燈光源。(2)旋松望遠鏡止動螺釘(16)和游標盤止動螺釘(23)，把載物臺及望遠鏡轉(zhuǎn)至如圖11中所示的位置(1)處，再左右微微轉(zhuǎn)動望遠鏡，找出棱鏡出射的各種顏色的水銀燈光譜線(各種波長的狹縫像)。(3)輕輕轉(zhuǎn)動載物臺(改變?nèi)肷浣?，在望遠鏡中將看到譜線跟著動。改變，應(yīng)使譜線往減小的方向移動(向頂角方向移動)。望遠鏡要跟蹤光譜線轉(zhuǎn)動，直到棱鏡繼續(xù)轉(zhuǎn)動，而譜線開始要反向移動(即偏向角反而變大)為止。這個反向移動的轉(zhuǎn)折位置，就是光線以最小偏向角射出的方向。固定載物臺(鎖緊23)，再使望遠鏡微動，使其分劃板上的中心豎線對準其中的那條綠譜線(546.1mm)。圖11測最小偏向角方法 (4)測量記下此時兩游標處的讀數(shù)和，取下三棱鏡(載物臺保持不動)，轉(zhuǎn)動望遠鏡對準平行光管，即圖11中(2)的位置，以確定入射光的方向，再記下兩游標處的讀數(shù)和。此時綠譜線的最小偏向角將值和測得的棱鏡角平均值代入式(2)計算。5.注意事項(1)轉(zhuǎn)動載物臺，都是指轉(zhuǎn)動游標盤帶動載物臺一起轉(zhuǎn)動。(2)狹縫寬度1mm左右