清華大學(xué)分光計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告分光計(jì)的調(diào)節(jié)和色散曲線的測(cè)定圖I.分克計(jì)翳構(gòu)示憊圖分光計(jì)外形如圖1實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：分光計(jì)的調(diào)節(jié)和色散曲線的測(cè)定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1) 了解分光計(jì)的原理與構(gòu)造，學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)分光計(jì);(2) 用最小偏向角法測(cè)定玻璃折射率；(3) 掌握三棱鏡頂角的兩種測(cè)量方法。、分光計(jì)的調(diào)節(jié)及其原理(1)分光計(jì)的主要裝置：望遠(yuǎn)鏡，小平臺(tái)，度盤(pán)，平行光管氦光譜管主要配件：三棱鏡，平面鏡Wtt* 8塑遠(yuǎn)悅9.緊円螺 訂16分劃極11.9鏡曲 調(diào)焦手輪 12 聲遠(yuǎn)鏡傾斜度 調(diào)節(jié)蝠釘13.堡遠(yuǎn)鏡咒怕水平 碉節(jié)妬盯L4戍臂 坊朝林 圓臨微調(diào)螺釘17,制動(dòng)架18. 戰(zhàn)遠(yuǎn)筑制功螺釘掘物臺(tái)；5載物臺(tái)&載物臺(tái) 關(guān)平嫦釘

2、63;3只7.®臺(tái)緊圓刻度盤(pán)：16.誼數(shù)刻度盤(pán)制 動(dòng)螺釘N1.讀數(shù)餌度盤(pán)22. 游標(biāo)盤(pán)24.游標(biāo)握微調(diào)熾釘25 游標(biāo)盤(pán)制就螺句平1”婭 2.gPi螺訂3.乎彳亍尤曾26.平行 尤皆光軸木平飼廿螺釘27. 平肴光管懶蚪度調(diào)節(jié)握暫28. 狹縫述度調(diào)節(jié)手蚯只它：4制動(dòng)架19底座20, 轉(zhuǎn)座23(2)分光計(jì)的調(diào)節(jié)先進(jìn)行粗調(diào)，通過(guò)自己的感覺(jué)，調(diào)整使得望遠(yuǎn)鏡，小平臺(tái)，平行光管與度盤(pán) 平面平行，且小平臺(tái)高度應(yīng)與望遠(yuǎn)鏡和平行光管下部齊平 (為使得之后三棱鏡放 置位置合適，能夠折射平行光管發(fā)出的光)粗調(diào)好后望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)：望遠(yuǎn)鏡部構(gòu)造如圖21. 接通圖1-10下方小燈，從望遠(yuǎn)鏡目鏡觀察圖 2-6處出現(xiàn)綠

3、光，調(diào)節(jié)圖2-7 裝置使得能看清圖2-3中“”形目淮望遠(yuǎn)鎮(zhèn)的皓絢1平面概2棚ft玄*形分劃板4入射光5十瞬叉玆色小按穗?yún)[目境生十瞬反射偉2. 往小平臺(tái)上放置一個(gè)平面鏡正對(duì)望遠(yuǎn)鏡物鏡且與載物臺(tái)調(diào)平螺釘中的兩個(gè)的 連線平行，微微調(diào)節(jié)圖1-14 找到較強(qiáng)綠光閃現(xiàn)位置，調(diào) 節(jié)1-12裝置使得該綠光出 現(xiàn)在視野中央，調(diào)節(jié)1-9裝 置使得其成像清晰，如圖2-8所示，再調(diào)1-12將其置于2-8所處位置并調(diào)整1-9使其消除視差。此時(shí)望 遠(yuǎn)鏡已經(jīng)適于觀察平行光。細(xì)調(diào)望遠(yuǎn)鏡丄分光計(jì)主軸將小平臺(tái)旋轉(zhuǎn)180。后捕捉到另一個(gè)2-8所示的像，但是此時(shí)該像并不 在2-8所處位置（若還在該位置，則此時(shí)小平臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡丄分光計(jì)主

4、軸），此 時(shí)先調(diào)節(jié)小平臺(tái)連線與平面鏡平行的螺釘，使像與目標(biāo)位置距離縮短與目標(biāo) 位置距離的一半，再通過(guò)調(diào)節(jié)1-9使其達(dá)到目標(biāo)位置；再將小平臺(tái)旋轉(zhuǎn)180。， 重復(fù)上述操作，直至像始終在 2-8位置。此時(shí)望遠(yuǎn)鏡丄分光計(jì)主軸。調(diào)節(jié)平行光管1. 調(diào)節(jié)平行光管發(fā)出平行光通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察平行光管，調(diào)節(jié)1-28使得狹縫像應(yīng)是一條輪廓清楚的窄 長(zhǎng)條，而不是邊緣模糊的亮條；狹縫像應(yīng)與叉絲無(wú)視差；狹縫寬度應(yīng)合適， 實(shí)驗(yàn)中縫像約1 mm寬即可。2. 調(diào)節(jié)平行光管光軸丄分光計(jì)主軸調(diào)節(jié)平行光管的調(diào)水平螺釘，使狹縫像被叉絲中心線平分，平行光管也就垂直于分光計(jì)主軸了三棱鏡兩光學(xué)面法線垂直于分光計(jì)主軸先粗調(diào)小平臺(tái)使之平行于度盤(pán)平

5、面再以三棱鏡一條邊垂直兩個(gè)螺釘連線的方位放置三棱鏡于小平臺(tái)，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)其中一個(gè)光學(xué)面觀察 2-8的像，調(diào)節(jié)小平臺(tái)螺釘使之回到 2-8位 置，在旋轉(zhuǎn)小平臺(tái)，對(duì)準(zhǔn)另一個(gè)光學(xué)面重復(fù)上述操作，如此重復(fù)，直到兩個(gè) 光學(xué)面都使像到達(dá)2-8位置。®刻度盤(pán)度盤(pán)垂直于分光計(jì)的主軸且可繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，為消 除偏心差，采用了兩個(gè)位置 相差180°的游標(biāo)讀數(shù)?？?度盤(pán)的分度值為0.5 °，0.5 °以下則用游標(biāo)來(lái)讀 數(shù)。游標(biāo)的最小分度值為1'氦光譜管氦光譜管是將稀薄的氦氣封閉在玻璃管制成。管得兩端各裝一個(gè)電極，兩電 極間加高電壓后產(chǎn)生放電并且發(fā)光，通過(guò)三棱鏡分光可得到氦

6、的線光譜。波長(zhǎng)表波長(zhǎng)447.1471.3492.2501.6587.6667.8706.6顏色藍(lán)紫藍(lán)1藍(lán)藍(lán)綠淺綠黃大紅暗紅1、最小偏向角法測(cè)折射率入射光和出射光之間的夾角最小時(shí)， 入射角與 出射角大小相等。由幾何原理及折射定律可得棱鏡 玻璃的折射率n為：操作：將三棱鏡側(cè)放于小平臺(tái)，使得入射光方向如i，在另一個(gè)光學(xué)面i'方向通過(guò)肉眼觀察到平行光管出射鏡口，鏡口中有9條譜線，用手指在鏡口與三棱鏡之間輕輕擋?。ú荒苡|摸），譜線消失（排除其他人實(shí)驗(yàn)的干擾） 換成望遠(yuǎn)鏡觀察這些譜線。轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)，當(dāng)棱鏡轉(zhuǎn)到某個(gè)位置時(shí)，譜線不再 移動(dòng)，繼續(xù)使棱鏡沿原方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，譜線反而向相反方向移動(dòng)，即偏向角反 而

7、變大，這個(gè)轉(zhuǎn)折位置就是最小偏向角位置。檢查確認(rèn)后，測(cè)出此時(shí)出射光 的方位，與入射光方位相減得到該譜線的最小偏向角。三、三棱鏡頂角測(cè)量原理1、自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角由圖可知，只要測(cè)出三棱鏡兩個(gè)光學(xué)面的法 線之間的夾角，即可求得頂角。操作：用望遠(yuǎn)鏡正對(duì)一個(gè)光學(xué)面，觀察到2-8 位置處像，記錄位置，在另一個(gè)光學(xué)面重復(fù)該操 作，兩個(gè)位置只差即為2、平行光管法測(cè)三棱鏡頂角一束平行光被三棱鏡的兩個(gè)光學(xué)面反射后，只要測(cè)出兩束反射光之間的夾角，即可求得頂角【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理】1. 實(shí)驗(yàn)條件：曾毅強(qiáng) 座位號(hào)：15三棱鏡編號(hào)：15 儀=1入射光方位:10 = 3045'20= 1244'2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

8、用自準(zhǔn)法測(cè)量三棱鏡定角 A的數(shù)據(jù)記錄表:測(cè)量序號(hào)123游標(biāo)I游標(biāo)U游標(biāo)I游標(biāo)U游標(biāo)I游標(biāo)U187518519199第一位置Ti740'40'19'18'41'40'247672456525979第二位置T245'45'24'22'45'43'i1T211911911911911911955'55'55'56'56'57'(111 )/2?11955'11956'11957'計(jì)算AI |1Z + 12F二 1AM! - 5（廿）色

9、=2. 45*則6總二5儀）行（5隨）一匕備_ 1對(duì)三次的 取平均，得 =11956'，因此三棱鏡頂角 A=2 =604' 士 2. 65 “測(cè)量最小偏向角的數(shù)據(jù)記錄表:氦譜線波長(zhǎng)/nm1211 1022 20(12)/2(A )/2n.Asin/sin2A225070535352447.15320.5 '1.668345'43'20'21'42.25 '25171525256471.35245'1.662821 '18'44'46'24.5 '251715252492.25222&

10、#39;5613'1.659043'42'22'22'501.62517152525213'568.5 '1.657751 '52'13'13'25373515155587.62'1'3'3'513'33.5 '1.646325373505055667.839'39'26'25'5025.5 '14.75 '1.640025373505055706.652'50'13'14'501

11、3.5 '8.75 '1.6380sx = Pl Sl隨=加右（其中v=n-1=1）勺總=+ （制jn sin A sin A2 / 26 iTdln n 廠（Mdn ndA字y+（盯學(xué)。呀n（1）取實(shí)驗(yàn)中一組數(shù)據(jù)（黃光） 513'A=604'代入，有n =0.00083n=1.646253793 得 n =0.0014 故n可取4位有效數(shù)字故 n=1.64630.0014 （黃光）；1,，1屮|屮"piL J4 rim 110124576 必"!一9%1心勺扁4曲圧丁嗆;上沁ibi y4w t 略苗豁Z丄UM®乩LXT 翻/打沖嚴(yán)

12、 41?O%13OJ6H< -< S2&7475430.九八 5 6a754302E*Itf| i：f "- 樸尹辜4Jte*#*1'*4ribMa«4*14 ifc - J : 1 n下偽晞.*:;.擊的1：-> -.皿 4.-4 TS?iF“yu：5 !一口門(mén)5* liiVliV 而網(wǎng)叫忖“卄訂.“ A . , f I I i I IImmaa'宀 色十T m . - - -"JLi li 1111 AlUViil I m nV vAt 11Vs«>i 1*!* iBBBHHSF ,匸呵！ Hfl數(shù)值分

13、析， 由計(jì)算機(jī)擬合曲線如圖， 得出 迅、X：心九- I. d. 亡,平均色散=0.01925 ,色散本領(lǐng)=0.02972。小結(jié)：色散曲線中D線折射率=1.64753，波長(zhǎng)589.3nm而表格中得出的黃光 折射率1.6463，波長(zhǎng)587.6nm,從折射率變化趨勢(shì)，即波長(zhǎng)越長(zhǎng)，折射率越小， 似乎是矛盾的，但是如果考慮結(jié)果在不確定度圍的可能誤差，以及色散曲線也會(huì)出現(xiàn)的誤差，就可以容忍這樣的不符。思考題1、 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)180反復(fù)調(diào)節(jié)使望遠(yuǎn)鏡主軸垂直于分光計(jì)主軸時(shí)，小平臺(tái)是否 也同時(shí)調(diào)好到垂直于主軸了？為什么？否。平面鏡平面垂直度盤(pán)平面但小平臺(tái)平面不一定平行度盤(pán)平面。2、根據(jù)折射定律，請(qǐng)結(jié)合圖定性分析入射光的方位應(yīng)處于何種情況時(shí)才可能找到最小偏向角?p山）（c）。ab中折射光均射向非光學(xué)面，無(wú)法射出3、根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的原理怎樣測(cè)量光波波長(zhǎng)?n sinA sinA根據(jù)22，得出折射率n，再帶入色散曲線中找出波長(zhǎng)4、試