試驗(yàn)7分光計的調(diào)整和使用

1、min 有如下關(guān)系。實(shí)驗(yàn)七分光計的調(diào)整和使用分光計是一種精密測量角度和分光的儀器 , 利用分光計可以間接測量折射率、光波波長、色散率，還可以用來進(jìn)行光譜定性分析，驗(yàn)證里德堡常數(shù)等。分光計是光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本儀器，它的調(diào)整（如望遠(yuǎn)鏡、平行光管的調(diào)整等）方法在光學(xué)儀器調(diào)整中頗具代表性。我們實(shí)驗(yàn)課中也將多次用到分光計。了解它的結(jié)構(gòu)、掌握它的調(diào)節(jié)和使用方法，是本課程的基本要求。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯W(xué)習(xí)要求1 了解分光計的結(jié)構(gòu)，掌握分光計的調(diào)整方法和理解調(diào)整的原理。2 學(xué)會使用分光計測量角度。3學(xué)會用分光計測折射率的方法和原理。4. 了解光的色散現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)原理如圖 7-1 所示，三角形ABC表示三棱鏡的橫截面，BC為

2、底面， AB、AC為光學(xué)面，兩個光學(xué)面的夾角 A 稱為三棱鏡的頂角。入射光 LD 經(jīng)三棱鏡兩次折射后，沿 FR方向出射。入射線 LD 與出射線 FR所成的角 ，稱為偏向角，可以證明，如果入射光線和出射光線處在三棱鏡對稱位置上，偏向角達(dá)到極小值，這時的偏向角稱為最小偏向角min 。棱鏡玻璃的折射率n 與棱鏡頂角A，最小偏向角sin A2minn圖 7-1 三棱鏡的折射Asin2用分光計測出三棱鏡的頂角 A 和最小偏向角 min ，就可以算出棱鏡材料的折射率。儀器介紹分光計的結(jié)構(gòu)如圖 7-2 ，它主要由平行光管、望遠(yuǎn)鏡、載物臺和讀數(shù)裝置組成。1圖 7-2 分光計的結(jié)構(gòu)1 狹縫裝置 2 狹縫套筒瑣緊

3、螺釘 3 平行光管 4 載物臺 5 載物臺調(diào)平螺釘 6 載物臺瑣緊螺釘 7 望遠(yuǎn)鏡 8 目鏡套筒瑣緊螺釘 9 自準(zhǔn)目鏡 10 目鏡套筒 11 望遠(yuǎn)鏡光軸俯仰調(diào)節(jié)螺釘12望遠(yuǎn)鏡光軸水平方向調(diào)節(jié)螺釘13望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動微調(diào)螺釘14度盤止動螺釘 15 望遠(yuǎn)鏡止動螺釘（在背面）16 度盤 17 游標(biāo)盤 18 游標(biāo)盤微調(diào)螺釘19 游標(biāo)盤止動螺釘20平行光軸水平方向調(diào)節(jié)螺釘21平行光管光軸俯仰調(diào)節(jié)螺釘22狹縫寬度調(diào)節(jié)螺釘1.平行光管平行光管是由狹縫和透鏡組成。擰開螺絲2，可前后移動狹縫套筒1，使狹縫位于透鏡焦平面上，則平行光管射出平行光。狹縫的刀口是經(jīng)過精密研磨制成的，為避免損傷狹縫，只有在望遠(yuǎn)鏡中看到狹縫像的

4、情況下才能調(diào)節(jié)狹縫的寬度。調(diào)節(jié)手輪22，可以改變狹縫的寬度。2.望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡是由目鏡、分劃板、物鏡組成，如圖7-3 ，望遠(yuǎn)鏡和分化板它們分別裝在三個套筒中，彼此可以相對移動。2圖 7-3分光計的望遠(yuǎn)鏡分劃板上刻有±形叉絲，分劃板下方小棱鏡的直角面上有一個十字形透光孔， 小燈泡發(fā)出的光經(jīng)小棱鏡改變光路90 方向后從十字透射孔出射，當(dāng)分劃板處在物鏡的焦平面上時，十字透光孔出射光經(jīng)物鏡后成為平行光，若用一垂直于望遠(yuǎn)鏡光軸的平面鏡將此平行光反射回來，則成像在分劃板上方十字叉絲上，如圖7-7 （ c）。望遠(yuǎn)鏡可以單獨(dú)繞中心軸轉(zhuǎn)，也可以與刻度盤固定一起繞中心軸轉(zhuǎn)。3.載物臺臺面下方三個螺絲 B1

5、 B2 B3 （如載物臺用來放置待測件或分光元件，圖 7-9 ），用來調(diào)節(jié)臺面傾斜度。松開螺絲6，可以升降載物臺。擰緊螺絲 6 可將載物臺與游標(biāo)盤 17 固定在一起，此時松開螺絲19，載物臺隨游標(biāo)盤轉(zhuǎn)動，并可以通過游標(biāo)讀數(shù)裝置讀出載物臺轉(zhuǎn)過的角度。4.讀數(shù)裝置這是一種測量角度的游標(biāo)讀數(shù)裝置稱為角游標(biāo)或圓游標(biāo)，由刻度盤與游標(biāo)盤組成?？潭缺P是主尺分為360 ， JJY 型分光計主尺的最小刻度為30 ，游標(biāo)有30 個分度，分度值為1 。讀數(shù)時，從游標(biāo)零線所對的刻度盤讀出 0.5 以上的 “度” 數(shù)，再從與刻度盤某刻度對齊的游標(biāo)刻線讀出“分”數(shù)。兩數(shù)相加為角度讀數(shù)。圖7-4 讀數(shù)為 116 12 。為

6、了消除刻度盤中心與轉(zhuǎn)軸中心之間的偏心差，在游標(biāo)盤同一直徑的兩端各裝一游標(biāo)。測量時，兩個游標(biāo)都應(yīng)讀數(shù)，然后算出每個游標(biāo)始、末兩次的讀數(shù)的差，再取平均值。這個平均值才是轉(zhuǎn)動的角度。圖 7-4 角游標(biāo)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及調(diào)整步驟分光計的調(diào)整要求是：31 望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦于無窮遠(yuǎn)，即望遠(yuǎn)鏡能將平行光會聚成像于焦平面上；2 望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于分光計主軸；3 平行光管發(fā)出平行光；4 平行光管光軸垂直于分光計主軸，并與望遠(yuǎn)鏡光軸在同一平面內(nèi)。調(diào)節(jié)前，應(yīng)對照實(shí)物和結(jié)構(gòu)圖熟悉儀器，了解各個調(diào)節(jié)螺釘?shù)淖饔谩Ｕ{(diào)節(jié)時要先粗調(diào)后再細(xì)調(diào)。分光計調(diào)整的步驟：（一）目測粗調(diào)（憑眼睛觀察判斷）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和平行光管光軸盡量使它們與刻度盤平行；調(diào)節(jié)

7、載物臺盡量使它們與刻度盤平行（即與主軸垂直）（二）細(xì)調(diào)1. 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡適合于觀察平行光。目鏡視度調(diào)節(jié)：使望遠(yuǎn)鏡適合操作者眼睛的視度。轉(zhuǎn)動目鏡視度調(diào)節(jié)手輪 10，從目鏡中看到分劃板的黑色叉絲清晰。調(diào)好后， 整個實(shí)驗(yàn)中不再轉(zhuǎn)動螺釘10。接通望遠(yuǎn)鏡上的小燈，并按圖7-5 把平面鏡放到載物臺上，緩慢轉(zhuǎn)動載物臺，從望遠(yuǎn)鏡中仔細(xì)尋找平面鏡的兩個面是否都有綠光團(tuán)反射回來。若找不到綠光團(tuán)，多半原因是粗調(diào)還未達(dá)到要求，應(yīng)重新進(jìn)行粗調(diào)。找到綠光團(tuán)后，松開目鏡鎖緊螺釘8，前后抽動目鏡套筒，使綠色光團(tuán)變成清晰的綠十字像。仔細(xì)抽動目鏡套筒直到綠十字像與黑色叉絲間無視差。鎖定螺釘8，整個實(shí)驗(yàn)中不再抽動目鏡套筒。則望遠(yuǎn)鏡已

8、適合于觀察平行光。 B 1。B3。圖圖 7-5 平面鏡的放置圖 7-6尋找反射的綠色光斑（或綠十字像）2 望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于分光計主軸 轉(zhuǎn)動載物臺，使平面鏡轉(zhuǎn)動 180 ，從目鏡中找到反射回來的綠十字像（圖 7-7 a ） 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺釘 11，使綠十字像向分劃板上方黑十字叉絲移近一半距離（圖 7-7 b）。4調(diào)節(jié)螺釘 B1 ，使綠十字像與分劃板上方黑十字叉絲重合（圖7-7c）。這種各調(diào)一半的方法叫做“半調(diào)法”。重復(fù)。反復(fù)調(diào)整， 直到平面鏡兩面反射回來的綠十字像都能與分劃板上方黑十字叉絲重合。望遠(yuǎn)鏡調(diào)整完畢，以下平行光管和載物臺上光學(xué)元件的調(diào)節(jié)都將以此為基準(zhǔn)，望遠(yuǎn)鏡光軸的俯仰、望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦?fàn)?/p>

9、態(tài)在整個實(shí)驗(yàn)中都不要再改變?？v絲上叉絲橫絲（a）綠十字偏離上(b)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡螺絲11(c)調(diào)載物臺螺絲B 1，再減少 1/2叉絲中央減少 1/2 偏離偏離使綠十字回到上叉絲中央圖 7-7 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸 望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)中的兩個問題及解決辦法。 找不到從平面鏡反射回來的綠色光團(tuán)（或十字像）。這是由于反射像太偏上或太偏下，不能落在望遠(yuǎn)鏡的視場內(nèi)。這時可旋轉(zhuǎn)載物臺，平面鏡法線偏離望遠(yuǎn)鏡一個小角度，從望遠(yuǎn)鏡外側(cè)向平面鏡內(nèi)尋找綠色光團(tuán)（或綠十字像），如圖 7-6 ，使當(dāng)眼鏡與望遠(yuǎn)鏡等高時看到綠光團(tuán)位于平面鏡的中下部分或平面鏡的頂部，這時，用“半調(diào)法”調(diào)節(jié)螺釘 11 和 B1 ，把綠光團(tuán)調(diào)到平面鏡中上部分，此

10、時再轉(zhuǎn)動載物臺，使平面鏡的法線對向望遠(yuǎn)鏡，從目鏡中就能看到綠色光斑( 或綠十字像 ) 。 左右轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡 ( 或微微轉(zhuǎn)動載物臺 ) 時，綠十字像移動方向與水平叉絲成一小角度，如圖 7-8 。這是由于分劃板沒有放正，豎直叉絲不平行于分光計主軸。應(yīng)松開目鏡鎖緊螺釘 8，轉(zhuǎn)動目鏡套筒（分劃板隨之轉(zhuǎn)動），直到綠十字像始終沿水平叉絲移動。圖7-8 分劃板傾斜導(dǎo)致綠十字像分劃板轉(zhuǎn)正后，應(yīng)重新消除視差，再鎖定移動方向與水平叉絲成一小角度螺釘 8。3.調(diào)整平行光管(1)調(diào)光軸：取下平面鏡，開亮鈉光燈，松開狹縫鎖緊螺釘2，將狹縫 1 轉(zhuǎn)成水平，從望遠(yuǎn)鏡中看到狹縫的像，若不清晰，可前后抽動狹縫使像清晰； 調(diào)節(jié)平行

11、光管俯仰螺釘 21，使狹縫的像重合于分劃板中央的水平5叉絲，平行光管光軸即與分光計主軸相垂直。(2) 調(diào)出平行光：轉(zhuǎn)動狹縫平行于豎直叉絲，仔細(xì)地前后抽動狹縫，消除狹縫的像與叉絲間的視差。至此平行光管發(fā)出平行光。(3) 轉(zhuǎn)動螺釘 22 調(diào)節(jié)狹縫寬度，使狹縫的像既細(xì)銳又足夠明亮。至此分光計調(diào)節(jié)完畢。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容B 2B1測量三棱鏡的頂角 AC現(xiàn)介紹兩種測量三棱鏡頂角的方法。OB 3(1)用自準(zhǔn)法測三棱鏡頂角按圖 7-9 把三棱鏡放到載物臺上，并用B1A彈簧片壓住。螺釘B2 、 B3 連線垂直于三棱圖 7-9三棱鏡的放置鏡的光學(xué)平面（AB），調(diào)節(jié) B1 時，載物臺以連線 B2 B3 為軸轉(zhuǎn)動，平面I(A

12、C)的傾斜度改變，而則在它自己的平面內(nèi)運(yùn)動，其法線方向不變。這樣放置三棱鏡，使得在調(diào)節(jié)平面I 時，不改變平面的狀態(tài)；同理，在調(diào)節(jié)時也不會影響平面 I 。I ，只調(diào)節(jié)螺釘 B1 ， 松開望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)軸止動螺釘，將望遠(yuǎn)鏡對向平面使平面 I 反射的綠十字像與分劃板上方十字叉絲重合, 記錄兩游標(biāo)讀數(shù)1 2 。 轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡對向平面，只調(diào)節(jié)螺釘B2 ，使平面鏡反射的綠十字像與分劃板上方十字叉絲重合, 記錄兩游標(biāo)讀數(shù)''。12由圖 7-10 可見， A = 180，=（'1）+（'2）/2 。12圖 7-10用自準(zhǔn)法測三棱鏡頂角圖 7-11用反射法測三棱鏡頂角(2) 用反射法測量

13、三棱鏡頂角6按圖 7-9 把三棱鏡放到載物臺上，松開螺釘19，轉(zhuǎn)動載物臺， 使三棱鏡的頂角 A 對向平行光管，然后鎖定6，如圖 7-11 。轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡到位置，從望遠(yuǎn)鏡中看到狹縫的像在分劃板中央，鎖定望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)軸止動螺釘15，然后用微調(diào)螺釘 13 調(diào)節(jié)狹縫像與分劃板豎直叉絲重合，記錄兩游標(biāo)讀數(shù)1和 2。轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡到位置， 重復(fù)，記錄兩游標(biāo)讀數(shù)1' 和 2' ，由圖 7-11可以證明， A，=（'1）+（ '2）/2。2122. 測量最小偏向角min(1) 找到譜線：轉(zhuǎn)動載物臺，使三棱鏡的 AC平面與平行光管光軸夾角大致為 30 ，然后將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到出射光方向，就能從望

14、遠(yuǎn)鏡里看到譜線，如圖 7-12 。(2) 找到最小偏向角： 轉(zhuǎn)動載物臺，使譜線向入射光方向靠近，即偏向角減小。當(dāng)載物臺轉(zhuǎn)到某一位置，再繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動載物臺，譜線將反向移動，偏向角變大。譜線反轉(zhuǎn)處即最小偏向角的位置。(3) 對準(zhǔn)最小偏向角：在譜線反轉(zhuǎn)的位置用螺釘 19 鎖定載物臺，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡將豎直叉絲對向譜線，鎖定望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)軸止動螺釘15。用微調(diào)螺釘 13 和 18 配合反復(fù)調(diào)節(jié)，確認(rèn)分劃板豎直叉絲對準(zhǔn)最小偏向角時的譜線，記下兩游標(biāo)讀數(shù)1和 2。圖 7-11測量最小偏向角(4) 然后使望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)入射光 ( 可從棱鏡上方通過 ) 讀取入射光角位置讀數(shù) 1和2 。注意，此時不可轉(zhuǎn)動載物臺（不可轉(zhuǎn)動螺

15、釘18，不可松開螺釘 19），因載物臺已與游標(biāo)盤鎖定由圖 7-12可見 min =（ 1' 1 ）+（2' 2）/2。（ 5） 以同樣方法分別測量汞黃（ 577.0 與 579.0nm）、綠（ 546.1nm ）、青光（ 491.6nm）、藍(lán)紫光（ 435.8nm）和紫光（ 404.7nm）的最小偏向角。注意在測量頂角 A 和最小偏向角 min時，應(yīng)避免三棱鏡相對于載物臺發(fā)生移動和轉(zhuǎn)動，更不可轉(zhuǎn)動螺絲B1 B2B3 。數(shù)據(jù)處理1 測量三棱鏡的頂角 A。72 分別測量汞黃 （ 577.0 與 579.0nm ）、綠（ 546.1nm）、青光（ 491.6nm ）、藍(lán)紫光（ 435

16、.8nm）和紫光（ 404.7nm）的最小偏向角 min 。根據(jù)測得的汞光譜線各波長下的折射率，作被測棱鏡玻璃的色散曲線（即n- 關(guān)系曲線） .操作注意1. 推動望遠(yuǎn)鏡繞主軸轉(zhuǎn)動時，應(yīng)推望遠(yuǎn)鏡的支臂，切勿直推鏡筒，以免破壞望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計主軸的垂直關(guān)系，造成角度測量錯誤。2. 螺釘 6 通常是擰緊的，將載物臺與游標(biāo)盤鎖定。轉(zhuǎn)動載物臺時，應(yīng)松開游標(biāo)盤止動螺絲 19，轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤來帶動載物臺轉(zhuǎn)動。 只有在升降載物臺或需要改變光學(xué)元件 ( 連同載物臺 ) 相對于游標(biāo)的位置時， 才松開螺絲6 操作。3. 需要仔細(xì)轉(zhuǎn)動載物臺或望遠(yuǎn)鏡使待測目標(biāo)與豎直叉絲對準(zhǔn)時，應(yīng)當(dāng)用微調(diào)螺絲 18 或 13 操作，這樣可減小對線誤差。4. 光學(xué)元件置于載物臺上，要用彈簧片壓??；取下時應(yīng)立即放回元件盒里， 元件要輕拿輕放，元件盒要靠近實(shí)驗(yàn)臺中間放置，以免跌落摔壞。數(shù)據(jù)處理1. 自擬表格記錄和報告測量數(shù)據(jù)。2. 計算 A 和 min ，測量時為消除偏心差用兩個游標(biāo)讀數(shù)，應(yīng)取平均，計算折射率n。3. 以 值和 min