分光儀的調(diào)整

1、u 背景介紹背景介紹u 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膗 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理u 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容u 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)一、背景介紹一、背景介紹 分光儀是一種精確測(cè)量分光儀是一種精確測(cè)量平行光線偏轉(zhuǎn)角度平行光線偏轉(zhuǎn)角度的光學(xué)儀的光學(xué)儀器。可直接測(cè)量三棱鏡的器?？芍苯訙y(cè)量三棱鏡的頂角頂角、最小偏向角最小偏向角、光柵、光柵的的衍射角衍射角；還能確定與這些角度有關(guān)的物理量，如；還能確定與這些角度有關(guān)的物理量，如折射率折射率、光波波長光波波長、色散率色散率及及光柵常數(shù)光柵常數(shù)等，也可用等，也可用作多種光學(xué)現(xiàn)象的定性觀察。作多種光學(xué)現(xiàn)象的定性觀察。 分光儀比較精密，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用時(shí)分光儀比較精密，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用時(shí)必須嚴(yán)

2、格按必須嚴(yán)格按照一定的步驟進(jìn)行調(diào)整照一定的步驟進(jìn)行調(diào)整，才能得到較高精度的測(cè)量，才能得到較高精度的測(cè)量結(jié)果。結(jié)果。 分光儀的調(diào)整原理、方法和技巧，在光學(xué)儀器中具分光儀的調(diào)整原理、方法和技巧，在光學(xué)儀器中具有一定的有一定的代表性代表性。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1)(1) 了解分光儀的結(jié)構(gòu)及其主要部件的作用了解分光儀的結(jié)構(gòu)及其主要部件的作用(2)(2) 掌握分光儀的調(diào)節(jié)原理與調(diào)節(jié)方法掌握分光儀的調(diào)節(jié)原理與調(diào)節(jié)方法(3)(3) 掌握自準(zhǔn)直和逐次逼近調(diào)節(jié)法掌握自準(zhǔn)直和逐次逼近調(diào)節(jié)法, ,鞏固消視差調(diào)節(jié)技鞏固消視差調(diào)節(jié)技術(shù)術(shù)(4)(4) 學(xué)會(huì)三棱鏡的頂角和折射率的測(cè)量學(xué)會(huì)三棱鏡的頂角和折射率的測(cè)量三、

3、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理1. 1. 分光儀的結(jié)構(gòu)分光儀的結(jié)構(gòu)載物臺(tái)載物臺(tái)平行光管平行光管望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)盤讀數(shù)盤三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理6 6顆重點(diǎn)螺釘：顆重點(diǎn)螺釘：載物載物臺(tái)與游標(biāo)臺(tái)與游標(biāo)盤連接螺釘盤連接螺釘游標(biāo)盤游標(biāo)盤 固緊螺釘固緊螺釘望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡 固緊螺釘固緊螺釘游標(biāo)盤游標(biāo)盤 微調(diào)螺釘微調(diào)螺釘望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡 微調(diào)螺釘微調(diào)螺釘位于望遠(yuǎn)鏡位于望遠(yuǎn)鏡固緊螺釘?shù)墓叹o螺釘?shù)膶?duì)稱位置對(duì)稱位置主度盤主度盤 固緊螺釘固緊螺釘2 2分光儀的讀數(shù)系統(tǒng)分光儀的讀數(shù)系統(tǒng)讀數(shù)系統(tǒng)由主刻度盤和游標(biāo)盤組讀數(shù)系統(tǒng)由主刻度盤和游標(biāo)盤組成。游標(biāo)盤在對(duì)徑方向有兩個(gè)游成。游標(biāo)盤在對(duì)徑方向有兩個(gè)游標(biāo)刻度，目的是為了消除主度盤標(biāo)刻度，目

4、的是為了消除主度盤與游標(biāo)盤之間的偏心差。與游標(biāo)盤之間的偏心差。測(cè)量時(shí)要測(cè)量時(shí)要同時(shí)記下兩游標(biāo)的示數(shù)同時(shí)記下兩游標(biāo)的示數(shù)，真正的轉(zhuǎn)角真正的轉(zhuǎn)角q 為兩個(gè)游標(biāo)分別讀為兩個(gè)游標(biāo)分別讀出的轉(zhuǎn)角出的轉(zhuǎn)角q1 和和q2的平均值：的平均值：三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理)(2121qqq游標(biāo)共分游標(biāo)共分3030小格，而主刻度盤最小分度為小格，而主刻度盤最小分度為0.50.5 ，所以分光，所以分光儀讀數(shù)系統(tǒng)的儀讀數(shù)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度為準(zhǔn)確度為1 1 ，儀器誤差也為，儀器誤差也為1 1 。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理觀察現(xiàn)象時(shí)游標(biāo)盤要松開。測(cè)量時(shí)，將游標(biāo)置于平行光管觀察現(xiàn)象時(shí)游標(biāo)盤要松開。測(cè)量時(shí)，將游標(biāo)置于平行光管的兩側(cè)，當(dāng)光

5、學(xué)元件擺放合理后，將游標(biāo)盤固定。的兩側(cè)，當(dāng)光學(xué)元件擺放合理后，將游標(biāo)盤固定。讀數(shù)時(shí)，先讀游標(biāo)讀數(shù)時(shí)，先讀游標(biāo)0 0刻線所對(duì)主度盤的度數(shù)刻線所對(duì)主度盤的度數(shù)（注意是否過半（注意是否過半度線）度線），再讀游標(biāo)上第幾根線與刻度盤刻線對(duì)準(zhǔn)，此即為分。，再讀游標(biāo)上第幾根線與刻度盤刻線對(duì)準(zhǔn)，此即為分。 例如：圖示刻度應(yīng)讀為例如：圖示刻度應(yīng)讀為 _ 。 352352 5353 三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理3 3分光儀的調(diào)整分光儀的調(diào)整調(diào)整調(diào)整目標(biāo)：目標(biāo)： 二二個(gè)個(gè)無限遠(yuǎn)無限遠(yuǎn)，三三平面平行平面平行 二二個(gè)個(gè)無限遠(yuǎn)無限遠(yuǎn) 望遠(yuǎn)鏡和平行光管均聚焦于無限遠(yuǎn)望遠(yuǎn)鏡和平行光管均聚焦于無限遠(yuǎn) 三三平面平面 刻度盤平面、觀察

6、平面、待測(cè)光路平面刻度盤平面、觀察平面、待測(cè)光路平面具體要求：平行光管具體要求：平行光管出射平行光出射平行光，望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡接收平行光接收平行光，且它們的且它們的光軸垂直于儀器主軸光軸垂直于儀器主軸。（1 1）目測(cè)）目測(cè)粗調(diào)粗調(diào)（至關(guān)重要至關(guān)重要）目測(cè)望遠(yuǎn)鏡垂直主軸、目測(cè)望遠(yuǎn)鏡垂直主軸、載物載物平臺(tái)平臺(tái)的的3 3個(gè)個(gè)螺釘伸出等長螺釘伸出等長調(diào)整調(diào)整目標(biāo)：目標(biāo)：使旋轉(zhuǎn)平面鏡使旋轉(zhuǎn)平面鏡180 前后均可見綠十字前后均可見綠十字三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理（2 2）調(diào)望遠(yuǎn)鏡聚焦于無限）調(diào)望遠(yuǎn)鏡聚焦于無限遠(yuǎn)遠(yuǎn)依據(jù)依據(jù)：自自準(zhǔn)直準(zhǔn)直原理原理標(biāo)志標(biāo)志：綠十字與叉絲無視差綠十字與叉絲無視差自準(zhǔn)直自準(zhǔn)直原理光路圖

7、原理光路圖f透光小十字叉絲透光小十字叉絲步驟：步驟： 將平面鏡置于載物臺(tái)上將平面鏡置于載物臺(tái)上 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)焦距至叉絲清晰焦距至叉絲清晰 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)焦距至綠十字清晰焦距至綠十字清晰現(xiàn)象：現(xiàn)象：綠十字與叉絲無視差（像不模糊）綠十字與叉絲無視差（像不模糊） 望遠(yuǎn)鏡接收平行光（叉絲分劃板在物鏡焦平面上）望遠(yuǎn)鏡接收平行光（叉絲分劃板在物鏡焦平面上）半調(diào)法半調(diào)法三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理（3 3）調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于主軸）調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于主軸 （使觀察平面與刻度盤平行）（使觀察平面與刻度盤平行）標(biāo)志標(biāo)志：正反兩面綠十字正反兩面綠十字均均與上叉絲重合與上叉絲重合方法：半調(diào)法；或根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷并方法：半調(diào)法；或根

8、據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷并消除主要不平因素消除主要不平因素步驟：步驟： 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰望遠(yuǎn)鏡俯仰螺釘螺釘，使綠十，使綠十字與上叉絲的偏離減少一半字與上叉絲的偏離減少一半 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)載物臺(tái)螺釘載物臺(tái)螺釘b b或或c c ，使綠使綠十字與上叉絲重合十字與上叉絲重合 旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)180180 ，重復(fù)以上步重復(fù)以上步驟，直到正反兩面綠十字均驟，直到正反兩面綠十字均與上叉絲重合與上叉絲重合俯仰螺釘俯仰螺釘若若望遠(yuǎn)鏡中觀察到的情形望遠(yuǎn)鏡中觀察到的情形如如圖圖所所示示，僅考慮垂直偏差僅考慮垂直偏差，提，提問：問： 設(shè)設(shè)望遠(yuǎn)鏡已垂直于主軸，當(dāng)平臺(tái)轉(zhuǎn)過望遠(yuǎn)鏡已垂直于主軸，當(dāng)平臺(tái)轉(zhuǎn)過180180 后綠十字在何處后

9、綠十字在何處？結(jié)論：結(jié)論：平臺(tái)平臺(tái)的不平使兩綠十字反向的不平使兩綠十字反向運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理 設(shè)平面鏡已平行于主軸，當(dāng)平臺(tái)轉(zhuǎn)過設(shè)平面鏡已平行于主軸，當(dāng)平臺(tái)轉(zhuǎn)過180180 后綠十字在何處？后綠十字在何處？結(jié)論：結(jié)論：望遠(yuǎn)鏡的不平使兩綠十字同向運(yùn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡的不平使兩綠十字同向運(yùn)動(dòng)注意：調(diào)好后，望遠(yuǎn)鏡的焦距和俯仰切不可再動(dòng)！注意：調(diào)好后，望遠(yuǎn)鏡的焦距和俯仰切不可再動(dòng)！或或 旋轉(zhuǎn)狹縫套筒旋轉(zhuǎn)狹縫套筒9090 ，使使狹縫像的狹縫像的固定邊固定邊與水平叉絲重合，與水平叉絲重合，其后其后將狹縫轉(zhuǎn)至與縱絲重合將狹縫轉(zhuǎn)至與縱絲重合三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理（4 4）調(diào)）調(diào)平行光管平行光管聚焦聚焦于無

10、限于無限遠(yuǎn)遠(yuǎn)依據(jù)依據(jù)：透鏡成像原理：透鏡成像原理（狹縫處于透鏡焦平面時(shí)出射平行光）（狹縫處于透鏡焦平面時(shí)出射平行光）標(biāo)志標(biāo)志：狹縫像與叉絲無視差狹縫像與叉絲無視差（狹縫像邊緣清晰）（狹縫像邊緣清晰）方法：調(diào)節(jié)平行光管物距方法：調(diào)節(jié)平行光管物距（5 5）調(diào)平行光管光軸垂直儀器主軸）調(diào)平行光管光軸垂直儀器主軸原理：原理：平行光管與望遠(yuǎn)鏡共軸，則其與主軸垂直平行光管與望遠(yuǎn)鏡共軸，則其與主軸垂直標(biāo)志：狹縫像中點(diǎn)與中心叉絲重合標(biāo)志：狹縫像中點(diǎn)與中心叉絲重合方法：調(diào)節(jié)平行光管俯仰螺釘，使狹縫像中點(diǎn)在水平叉絲上方法：調(diào)節(jié)平行光管俯仰螺釘，使狹縫像中點(diǎn)在水平叉絲上或或 旋轉(zhuǎn)狹縫套筒旋轉(zhuǎn)狹縫套筒9090 ，使狹

11、縫像的，使狹縫像的固定邊固定邊與水平叉絲重合，與水平叉絲重合，三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理（6 6）調(diào)整三棱鏡調(diào)整三棱鏡（使待測(cè)光路平面與觀察平面平行）（使待測(cè)光路平面與觀察平面平行）原理：自準(zhǔn)直原理原理：自準(zhǔn)直原理（使望遠(yuǎn)鏡與兩光學(xué)面垂直）（使望遠(yuǎn)鏡與兩光學(xué)面垂直）標(biāo)志標(biāo)志：兩光學(xué)面的綠十字均與上叉絲重合：兩光學(xué)面的綠十字均與上叉絲重合步驟：步驟： 如圖放置三棱鏡，使其待測(cè)頂角如圖放置三棱鏡，使其待測(cè)頂角 A A位于平臺(tái)中心位于平臺(tái)中心附近，同時(shí)保證附近，同時(shí)保證三邊三邊分別與平臺(tái)三條徑線平行分別與平臺(tái)三條徑線平行 望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)某光學(xué)面望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)某光學(xué)面( AB )( AB )，調(diào)整，調(diào)整與另一光

12、學(xué)面平行徑線下的螺釘與另一光學(xué)面平行徑線下的螺釘( a )( a )，使綠十字與上叉絲重合，使綠十字與上叉絲重合 望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)另一光學(xué)面望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)另一光學(xué)面( AC )( AC )，與上步同理，調(diào)整與，與上步同理，調(diào)整與前一個(gè)平面前一個(gè)平面( AB )( AB )平行的平行的( b )( b )螺釘，也使綠十字與上螺釘，也使綠十字與上叉絲重合叉絲重合注意：此部分只能調(diào)節(jié)平臺(tái)螺釘，切不可變動(dòng)望遠(yuǎn)鏡！注意：此部分只能調(diào)節(jié)平臺(tái)螺釘，切不可變動(dòng)望遠(yuǎn)鏡！ab三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理4 4三棱鏡頂角三棱鏡頂角的的測(cè)量測(cè)量（1 1）反射法）反射法轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)使三棱鏡頂角對(duì)準(zhǔn)平行轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)使三棱鏡頂角對(duì)準(zhǔn)平行光管，用

13、望遠(yuǎn)鏡觀察從光管，用望遠(yuǎn)鏡觀察從ABAB、ACAC面反面反射的狹縫像射的狹縫像和和，測(cè)量其轉(zhuǎn)過的角，測(cè)量其轉(zhuǎn)過的角度度，則，則三棱鏡的頂角三棱鏡的頂角 A=A=/2/2（2 2）自準(zhǔn)法）自準(zhǔn)法對(duì)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)ABAB、ACAC面法線面法線（綠十字）（綠十字），測(cè)出光線測(cè)出光線、間的夾角間的夾角，則頂角，則頂角A=180A=180 - -注意：僅用自準(zhǔn)法測(cè)頂角成績最高為注意：僅用自準(zhǔn)法測(cè)頂角成績最高為3 3分！分！三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理5 5玻璃折射率的測(cè)量玻璃折射率的測(cè)量（1 1）最小偏向角法（三棱鏡）最小偏向角法（三棱鏡）轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)（改變?nèi)肷浣牵└淖內(nèi)肷浣牵?，同同時(shí)轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡跟蹤、觀察折射

14、線時(shí)轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡跟蹤、觀察折射線，當(dāng)，當(dāng)其出現(xiàn)其出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)逆轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)，此轉(zhuǎn)折點(diǎn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)即最小偏向即最小偏向角位置，讀取該位置與入射光角位置，讀取該位置與入射光（狹縫（狹縫像）像）之間的夾角之間的夾角minmin，則由折射定律，則由折射定律可得棱鏡折射率可得棱鏡折射率式中，式中，A A為三棱鏡頂角，由前一實(shí)驗(yàn)測(cè)出。為三棱鏡頂角，由前一實(shí)驗(yàn)測(cè)出。（2 2）掠入射法（三棱鏡）掠入射法（三棱鏡）單色擴(kuò)展光源（透過毛玻璃）單色擴(kuò)展光源（透過毛玻璃）以約以約9090 角掠入射棱鏡角掠入射棱鏡ABAB面，在面，在ACAC側(cè)面觀察時(shí)，出現(xiàn)側(cè)面觀察時(shí)，出現(xiàn)明暗視場(chǎng)明暗視場(chǎng)，其其交界線交界線就是入射角就是入射角i i1

15、 19090 時(shí)光時(shí)光線的出射方向。測(cè)出交界線線的出射方向。測(cè)出交界線與與ACAC面法線面法線（綠十字）（綠十字）間夾角間夾角i i1 1 minmin ，則可得三棱鏡折射率，則可得三棱鏡折射率式中，式中，A A為三棱鏡頂角，由前面實(shí)驗(yàn)測(cè)出。為三棱鏡頂角，由前面實(shí)驗(yàn)測(cè)出。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理（3 3）干涉法（平板玻璃）干涉法（平板玻璃）取下平行光管狹縫套筒，如取下平行光管狹縫套筒，如圖將毛玻璃、平面鏡放在載物臺(tái)圖將毛玻璃、平面鏡放在載物臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)可從望遠(yuǎn)鏡中看上，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)可從望遠(yuǎn)鏡中看到環(huán)狀干涉條紋。到環(huán)狀干涉條紋。產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的原理，是單產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的原理，是單色光在平板玻璃下表

16、面形成多光色光在平板玻璃下表面形成多光束干涉，相鄰兩束光線的光程差束干涉，相鄰兩束光線的光程差為為2dn3cosi ，故產(chǎn)生圓環(huán)形等傾干，故產(chǎn)生圓環(huán)形等傾干涉條紋。轉(zhuǎn)動(dòng)平板玻璃，使視野涉條紋。轉(zhuǎn)動(dòng)平板玻璃，使視野中的條紋向外轉(zhuǎn)過中的條紋向外轉(zhuǎn)過N條，則有條，則有三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理毛玻璃毛玻璃)sin(sin223kNkNdnqq四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1070113 分光儀的調(diào)整分光儀的調(diào)整 （必做）（必做）課堂檢查：課堂檢查：第第1次次望遠(yuǎn)鏡調(diào)整完成，取下平面鏡之前望遠(yuǎn)鏡調(diào)整完成，取下平面鏡之前應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： 綠十字與叉絲無視差綠十字與叉絲無視差 正反兩面綠十字與上叉絲重合正反兩面綠

17、十字與上叉絲重合 轉(zhuǎn)載物臺(tái)綠十字沿上叉絲移動(dòng)轉(zhuǎn)載物臺(tái)綠十字沿上叉絲移動(dòng)第第2次次三棱鏡調(diào)整完成三棱鏡調(diào)整完成應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： 兩光學(xué)面綠十字均與上叉絲重合兩光學(xué)面綠十字均與上叉絲重合 平行光管狹縫像與叉絲無視差平行光管狹縫像與叉絲無視差 狹縫像被水平叉絲平分或轉(zhuǎn)狹縫像被水平叉絲平分或轉(zhuǎn)90 后狹縫像固定后狹縫像固定邊與水平叉絲重合。邊與水平叉絲重合。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1070212 反射法測(cè)量三棱鏡的頂角反射法測(cè)量三棱鏡的頂角 課堂檢查：頂角測(cè)量完成，檢查現(xiàn)象和數(shù)據(jù)課堂檢查：頂角測(cè)量完成，檢查現(xiàn)象和數(shù)據(jù)1070312 最小偏向角法測(cè)量三棱鏡的折射率最小偏向角法測(cè)量三棱鏡的折射率課堂檢查：

18、找到最小偏向角位置、測(cè)量數(shù)據(jù)課堂檢查：找到最小偏向角位置、測(cè)量數(shù)據(jù)1070322 掠入射法測(cè)量三棱鏡的折射率掠入射法測(cè)量三棱鏡的折射率課堂檢查：看到掠入射分界線、測(cè)量數(shù)據(jù)課堂檢查：看到掠入射分界線、測(cè)量數(shù)據(jù)1070412 平板玻璃折射率的測(cè)量平板玻璃折射率的測(cè)量課堂檢查：測(cè)量數(shù)據(jù)課堂檢查：測(cè)量數(shù)據(jù)注意：每次測(cè)量結(jié)束務(wù)必保留儀器狀態(tài)，等待教師檢查！注意：每次測(cè)量結(jié)束務(wù)必保留儀器狀態(tài)，等待教師檢查！五、實(shí)驗(yàn)要求和數(shù)據(jù)處理五、實(shí)驗(yàn)要求和數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)要求： 每個(gè)實(shí)驗(yàn)都要改變主刻度盤重復(fù)測(cè)量每個(gè)實(shí)驗(yàn)都要改變主刻度盤重復(fù)測(cè)量5 5次次 原始數(shù)據(jù)列表表示原始數(shù)據(jù)列表表示數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理： 計(jì)算三棱鏡頂角計(jì)算三棱鏡頂角A及其不確定度及其不確定度u(A)（反射法反射法） 計(jì)算三棱鏡折射率計(jì)算三棱鏡折射率n1 及其不確定度及其不確定度u(n1)