分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用

1、實(shí)驗(yàn)器材浙江師范大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用班 級(jí)：綜合理科122班 姓 名： 俞浩亮 學(xué)號(hào)：12990238同組人：無實(shí)驗(yàn)日期2013年12月12日室溫： 不詳氣溫： 不詳一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^測(cè)量固體和液體的折射率，掌握光學(xué)上常用的兩種測(cè)量折射率的方法:1、用分光計(jì)測(cè)棱鏡折射率；2、用阿貝折射儀測(cè)液體和固體折射率。分光計(jì)、玻璃三棱鏡、平面鏡、汞燈、放大鏡、阿貝折射儀、待測(cè)樣品、鎢絲燈。三、實(shí)驗(yàn)原理折射率是光學(xué)中的一個(gè)基本物理量，也是物質(zhì)的一個(gè)主要參數(shù)， 折射率的測(cè)量是光學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要組成部分。1、用分光計(jì)測(cè)量棱鏡折射率1:狹縫裝置4:制動(dòng)架（二）7:載物臺(tái)鎖緊螺絲2:狹縫裝置鎖

2、緊螺絲3:準(zhǔn)直管5:載物臺(tái)6 :載物臺(tái)調(diào)平螺絲&望遠(yuǎn)鏡9:望遠(yuǎn)鏡鎖緊螺絲10:阿貝式自準(zhǔn)直目鏡11 :目鏡視度調(diào)節(jié)手輪12:望遠(yuǎn)鏡光軸高低調(diào)節(jié)螺13:望遠(yuǎn)鏡光軸水平調(diào)節(jié)螺絲14:望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲15:轉(zhuǎn)軸與度盤止動(dòng)螺絲16:望遠(yuǎn)鏡止動(dòng)螺絲17 :制動(dòng)架（一）1&底座19轉(zhuǎn)座20、21:度盤、游標(biāo)盤22:游標(biāo)盤微調(diào)螺絲23:游標(biāo)盤止動(dòng)螺絲24:準(zhǔn)直管光軸水平調(diào)節(jié)螺絲25:準(zhǔn)直管光軸高低調(diào)節(jié)螺絲26:狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪圖 19-1分光計(jì)的結(jié)構(gòu)分光計(jì)是精確測(cè)定光線偏轉(zhuǎn)角的儀器，也稱測(cè)角儀。光學(xué)中的許多基本量如波長(zhǎng)、折射率等都可以直接或間接地表現(xiàn)為光線的偏轉(zhuǎn)角，因而利用它可測(cè)量波長(zhǎng)、折射率，此外還能 精確

3、地測(cè)量光學(xué)平面間的夾角。許多光學(xué)儀器（棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、分光光度計(jì)、單色儀等）的基本結(jié)構(gòu)也是以它為基礎(chǔ)的，所以分光計(jì)是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本儀器之一。使用分光計(jì)時(shí)必須經(jīng)過一系列精細(xì)調(diào)整才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果，它的調(diào)整技術(shù)是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本技術(shù)之一，必須正確掌握。本實(shí)驗(yàn)的目的就在于著重訓(xùn)練分光計(jì)的調(diào)整技術(shù)和技巧，并用它來測(cè)量三棱鏡的偏向角，進(jìn)而測(cè)量棱鏡玻璃的折射率。（1）分光計(jì)的結(jié)構(gòu)分光計(jì)主要由底座、 平行光管、望遠(yuǎn)鏡、載物臺(tái)和讀數(shù)圓盤五部分組成。外形如圖19-1所示。1） 底座中心有一豎軸，望遠(yuǎn)鏡和讀數(shù)圓盤可繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸也稱為儀器的公 共軸或主軸。2） 平行光管一一是產(chǎn)生平行光的裝置，管的一端

4、裝一會(huì)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(yuǎn)鏡觀測(cè)用，由目鏡系統(tǒng)和物鏡組成，為了調(diào)節(jié)和測(cè)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(gè)管彼此可以互相移動(dòng)，也可以用螺 釘固定，如圖19-2所示。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(gè)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(gè)在分劃板上的明亮的十字窗。圖 19- 24） 載物臺(tái)放平面鏡、棱鏡等光學(xué)元件用，臺(tái)面下的三個(gè)螺釘可調(diào)節(jié)臺(tái)面的傾斜角 度，平臺(tái)的高度可懸松螺釘（7）升降，調(diào)到合適位置再鎖緊螺釘。5

5、）讀數(shù)圓盤一一是讀數(shù)裝置，由可繞儀器公共軸轉(zhuǎn)動(dòng)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。在游標(biāo)盤對(duì)稱方向設(shè)有兩個(gè)角游標(biāo)，這時(shí)因?yàn)樽x數(shù)時(shí)，要 讀出兩個(gè)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。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(shí)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的分值，如果游標(biāo)零線落在半度刻線之外，則讀數(shù)應(yīng)加上 30。（2）分光計(jì)的調(diào)整原理和方法調(diào)整分光計(jì)，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(duì)平行光聚焦（即接收平行光）； 望遠(yuǎn)鏡、平行光管的光

6、軸垂直儀器公共軸。分光計(jì)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)。1）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地看到如圖19-3所示分劃板上的刻線。 調(diào)焦方法使把 目鏡調(diào)焦手輪輕輕旋出，或懸進(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(duì)平行光聚焦這是要將分劃板調(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(tái)上。為了便于調(diào)節(jié)，平面鏡和載物臺(tái)下三個(gè) 調(diào)節(jié)螺釘?shù)南鄬?duì)位置如圖19-4所示。L +寧僅圖 19-4圖 19- 3（b）粗調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸與鏡面垂直一一用眼睛估測(cè)一下，把望遠(yuǎn)鏡調(diào)成水平，再調(diào)載物臺(tái) 螺釘，使鏡面大致與望遠(yuǎn)鏡垂直。（c） 觀察與調(diào)節(jié)鏡

7、面反射像一一固定望遠(yuǎn)鏡，雙手轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，于是載物臺(tái)跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)到平面鏡正好對(duì)著望遠(yuǎn)鏡時(shí)，在目鏡中應(yīng)看到一個(gè)綠色亮十字隨著鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)而動(dòng)，這就是鏡面反射像，如果像有些模糊，只要沿軸向移動(dòng)目鏡筒，直到像清晰，再旋緊螺釘，則望遠(yuǎn)鏡已對(duì)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(shí)，它的反射像應(yīng)落在目鏡分劃板上與下方十字窗對(duì)稱的上十 字線中心，如圖19-3所示。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(shí)與鏡面垂直的望遠(yuǎn)鏡主軸也垂直儀器主軸。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？這些都是在實(shí)驗(yàn)中 需要特別注意的。例

8、如，是調(diào)載物臺(tái)？還是調(diào)望遠(yuǎn)鏡？調(diào)到什么程度？下面舉例說明：（a）載物臺(tái)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(tái)傾角沒調(diào)好，如圖19-4所示。平面鏡 A面反射光偏上，載物臺(tái)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）向上或（向下）調(diào)到兩像點(diǎn)距離的一半，使鏡面 A和B的像落在分劃板上同一高度。（b）望遠(yuǎn)鏡光軸沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假設(shè)載物臺(tái)已調(diào)好，但望遠(yuǎn)鏡光軸不垂直儀器主軸，如圖19-5所示。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

9、射像都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)節(jié)螺釘（12），把像調(diào)到上十字線上即可，見圖（c）。（c）載物臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡光軸都沒調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整表現(xiàn)是兩鏡面反射像一上一下。先調(diào)載物臺(tái)螺釘，使兩鏡面反射像像點(diǎn)等高（但像點(diǎn)沒落在上十字線上），再把像調(diào)到上十字線上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(duì)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(dòng)狹縫筒，直到像清晰，這表明光管已發(fā)出 平行光。再將狹縫轉(zhuǎn)向橫向，調(diào)螺釘（ 25），將像調(diào)到中心橫線上，如圖

10、19-6 所示。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(dòng)。再將狹縫調(diào)成垂直，鎖緊螺釘 .（3）用最小偏向角法測(cè)三棱鏡材料的折射率如圖19-7所示，一束單色光以ii角入射到AB面上，經(jīng)棱鏡兩次折射后，從 AC面上 射出，出射角i2 入射光和出射光之間的夾角3稱為偏向角。當(dāng)棱鏡頂角A 一定時(shí)，偏向角3的大小隨入射角ii的變化而變化?？梢宰C明，當(dāng)h=i2時(shí)，3為最小。這時(shí)的偏向角稱為最小偏向角，記為 3 min。A.TltJtl：r 4-*6 19-5 粒f卄umw嗔殲即董電用片確哲茴A(yù).H的血制畔怛I4HT A.*i VNftWttTOiklA.U KJW

11、ft* IT i-?筑二一競(jìng)的屮sh; 4禪止iiM十葉七盤兄昭l： Piiimjttt !Vk圖 19-7由圖19-7中可以看出，這時(shí)A2(19-1 )1i 1（ -: min A）2設(shè)棱鏡材料的折射率為n,則sin i1 二 nsin i1sinhn =-A sin2由此可知，要求得棱鏡材料的折射率.A二 nsin2.min + Asin2.A sin 2n,必須測(cè)出其頂角A和最小偏向角S min。(19-2)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用分光計(jì)測(cè)量棱鏡玻璃的折射率（1）調(diào)整分光計(jì)（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(yuǎn)鏡光軸 調(diào)載物臺(tái)的上下臺(tái)面大致平行，將棱鏡放到平臺(tái)上，使棱鏡三邊

12、與臺(tái)下三螺釘?shù)倪B線所成三邊互相垂直，如圖19-11所示。試分析這樣放置的好處。 接通目鏡照明光源，遮住從平行光管來的光。 轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，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(tái)下三螺釘，使其反射像都落到上十字線處。調(diào)節(jié)時(shí)，切莫?jiǎng)勇葆敚?2）（為什么？注意：每個(gè)螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)要輕微，要同 時(shí)觀察它對(duì)各側(cè)面反射像的影響。調(diào)好后的棱 鏡，其位置不能再動(dòng)。（3）測(cè)棱鏡頂角A對(duì)兩游標(biāo)作一適當(dāng)標(biāo)記，分別稱游標(biāo)1和游標(biāo)2，旋緊度盤下螺釘（16）、（ 17）,望遠(yuǎn)鏡和刻度盤固定不動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，使棱鏡AC面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，如圖 19-12所示。記下游標(biāo)1的讀數(shù)0 1和游標(biāo)2的讀數(shù)0 2。再轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，使

13、 AB面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，記下游標(biāo) 1的讀 數(shù)B 1和游標(biāo)2的讀數(shù)0 2。同一游標(biāo)兩次讀數(shù)之差|0 1-0 1|或|0 2-0 2|,即是載物臺(tái)轉(zhuǎn)過 的角度，而是A角的補(bǔ)角，A= n -圖 19-12 測(cè)三棱鏡的最小偏向角 平行光管狹縫對(duì)準(zhǔn)前方鈉光燈。 旋松望遠(yuǎn)鏡止洞螺釘（16）和游標(biāo)盤止動(dòng)螺釘（23），把載物臺(tái)及望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至如 圖19-13所示的位置（1）處，再左右稍微轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，找出棱鏡出射的鈉光譜線（狹縫像）。 輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)（改變?nèi)肷浣莍i）,在望遠(yuǎn)鏡中將看到譜線跟著動(dòng)。改變h,應(yīng)使譜線往3減小的方向移動(dòng)（向頂角 A方向移動(dòng)）。望遠(yuǎn)鏡要跟蹤譜線轉(zhuǎn)動(dòng)，直到棱鏡繼續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)，而譜線開始要反向移動(dòng)（即偏向角反而變大）為止。這個(gè)反向移動(dòng)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(tái)，再使望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)，使其分劃板上的中心線對(duì)準(zhǔn)譜線。 測(cè)量.記下此時(shí)兩游標(biāo)處的讀數(shù) 0 1和B 2。取下三棱鏡（載物臺(tái)保持不動(dòng)），轉(zhuǎn) 動(dòng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)平行光管， 如圖所示的位置，以確定入射光的方向， 再記下兩游標(biāo)處的讀數(shù) 0 1和0 2。此時(shí)譜線的最小偏向角幾b -圳+日2 日22將3 min值和測(cè)得的棱鏡頂角 A的平均值代入式（2）計(jì)算n。嗎凰杰