分光計調(diào)整和使用

1、關于分光計的調(diào)整與使用第一張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗目的了解分光計的結構,熟悉分光計的調(diào)整和使用；使用分光計測定三棱鏡的頂角和最小偏向角,計算棱鏡玻璃的折射率；觀察光柵衍射光譜,測量汞燈譜線的波長。第二張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月預習重點熟練掌握分光計的調(diào)整技巧；學會用分光計測角的方法；如何調(diào)節(jié)三棱鏡的主截面與分光計的旋轉(zhuǎn)主軸垂直；如何用光柵調(diào)整分光計，使其達到測量要求？如何測量三棱鏡的頂角和最小偏向角；如何測光柵常數(shù)和光波波長。第三張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗儀器本次實驗用到的儀器有分光計、平行平面鏡、三棱鏡、透射光柵和汞燈。第四張，PPT共十七

2、頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗原理 一、分光計測定玻璃折射率 如圖1所示的三角形表示三棱鏡的主截面。主截面與折射面垂直。折射面AB、 AC是透光的光學表面，其夾角稱為三棱鏡的頂角。 設一束單色光平行光入射到三棱鏡的AB面上，和分別表示入射角和出射角，稱為偏向角。 由圖中的幾何關系有： =+ - 對于給定的棱鏡，頂角是固定的。 當為極小值時,有= ,代入上式得 min=2- 即=1/2(min+ )當= 時,由圖知，有1=（1/2）, 所以,玻璃三棱鏡對單色光的折射率為 n = sin/sin 1 = sin（1/2）(min+ )/sin（1/2 ） 圖1 最小偏向角時棱鏡的折射這樣,只要用分光

3、計測出三棱鏡的頂角和最小偏向角min，即可求得三棱鏡對單色光的折射率。 i i i 1 2 3 4 第五張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、用光柵測量光波波長 衍射光柵是由一組數(shù)目很多,排列緊密而均勻的平行狹縫組成，通常分為透射光柵和反射光柵。本實驗所用為平面透射光柵。設光柵刻痕寬度為a，透明狹縫寬度為b，相鄰兩縫的距離d=a+b，稱為光柵常數(shù)，它是光柵的基本參數(shù)之一。 當平行光束與光柵法線成角度i入射到光柵平面時，光柵后面的衍射光束通 過透鏡會聚在焦平面上，就會形成一組亮暗相間的衍射條紋。設某一方向的衍射 光線的衍射角為，則光柵衍射明條紋的條件為 d(sin +sini )=k k=

4、0，1， 2 式中為單色光波長，k是亮條紋級數(shù)。 此式稱為光柵方程。 當平行光束垂直入射到光柵平面時， i=0，光柵方程為 dsin =k k=0，1， 2 由上式可知，若光柵常數(shù)d已知，用 分光計測出各級譜線的衍射角，就可 以求出各譜線對應的光波波長。光柵衍 射光譜如圖2所示。 圖2 汞燈的光柵衍射光譜第六張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗內(nèi)容 一、分光計的調(diào)整 1.分光計的結構：如下圖3所示。圖3第七張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.分光計的調(diào)節(jié) （1）目測粗調(diào)：通過調(diào)節(jié)望遠鏡和平行光管的傾斜度調(diào)節(jié)螺釘，載物臺下的三個調(diào)節(jié)螺釘，目視觀察，使它們大致垂直于旋轉(zhuǎn)主軸。 （

5、2）用自準直法調(diào)整望遠鏡聚焦于無窮遠處。如下圖4所示。 圖4 叉絲像分劃板視場透光窗反射像伸縮目鏡筒 旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)節(jié)鼓輪 第八張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 如上圖4所示： 點亮小燈，緩慢旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦輪，即調(diào)節(jié)目鏡與分劃板的 距離，直到從目鏡中觀察分劃板上的十字線最清楚為止，這時分劃板已處于目 鏡的焦平面上。將平行平面鏡放于載物臺的中央，使鏡面正對一個螺釘。轉(zhuǎn)動 載物臺或望遠鏡，使望遠鏡光軸與平面鏡鏡面垂直，即可在目鏡中觀察到綠十 字像，若像不清晰，調(diào)節(jié)物鏡與分劃板之間的距離，使亮十字像清晰，直到無 視差為止。這時分劃板也位于物鏡的焦平面上。擰緊目鏡筒緊固螺釘。 （3）調(diào)整望遠鏡光軸與

6、旋轉(zhuǎn)主軸嚴格垂直。放置平面鏡 撥動游標盤 調(diào)節(jié)載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘或望遠鏡第九張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 用“各減一半”調(diào)節(jié)法使亮十字與分劃板上方的十字重合，即根據(jù)亮十字與 分劃板上方十字的距離，調(diào)節(jié)a螺釘使亮十字像靠近分劃板上方十字移近一半距 離，再調(diào)6螺釘使亮十字像與分劃板上方十字重合；將載物臺或游標盤轉(zhuǎn)1800， 使平面鏡另一面對準望遠鏡，仍用“減半”法調(diào)節(jié)使亮十字像與分劃板上方十 字重合；如此反復調(diào)節(jié)，直到平面鏡兩面反射的亮十字像都與分劃板上方十字重合。如下圖5所示。d調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰調(diào)節(jié)螺釘 圖5 調(diào)節(jié)載物盤水平調(diào)節(jié)螺釘d/2第十張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 （

7、4）調(diào)分劃板十字線成水平、垂直狀態(tài)。 左右微微旋轉(zhuǎn)載物臺，觀察亮十字像的水平線與分劃板上方十字的水平 線是否始終重合，若不始終重合，說明分劃板方位不正。松開目鏡筒緊固釘， 稍微旋轉(zhuǎn)目鏡筒，直到左右旋轉(zhuǎn)載物臺時，亮十字像的水平線與分劃板上方 十字的水平線是否始終重合為止。擰緊目鏡筒緊固釘。 （5）調(diào)整平行光管。 打開汞燈，使望遠鏡對準平行光管，松開狹縫緊固螺釘，前后移動狹縫 裝置，使狹縫像最清晰，此時狹縫已處于平行光管透鏡組的焦平面上。 .轉(zhuǎn)動狹縫成水平狀態(tài)，調(diào)平行光管傾斜調(diào)節(jié)螺釘，使狹縫的中心線與分 劃板中間十字的水平線重合，在轉(zhuǎn)動狹縫為豎直方向，調(diào)平行光管水平調(diào)節(jié)螺 釘或轉(zhuǎn)動望遠鏡，使狹縫的

8、中心線與分劃板垂直線重合。 調(diào)狹縫寬度為1mm左右，擰緊狹縫裝置緊固螺釘。 至此，分光計已調(diào)整到正常使用狀態(tài)。 如下頁圖6所示。 第十一張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 圖6松開狹縫鎖緊螺釘前后移動狹縫 轉(zhuǎn)動狹縫調(diào)節(jié)狹縫垂直調(diào)節(jié)平行光管俯仰調(diào)節(jié)螺釘 狹縫 鎖緊螺釘俯仰調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)狹縫寬度并鎖住鎖緊螺釘?shù)谑垼琍PT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、用三棱鏡測玻璃的折射率 1.測三棱鏡的頂角 頂角的測量方法有反射法和自準法，本實驗用反射法，其光路如下圖7所示。 將三棱鏡置于載物臺上，頂角對準平行光管。調(diào)游標盤左（A)、右(B) 游標位于平行光管左右兩側(cè)。擰緊游標盤、載物臺及刻度環(huán)緊固螺

9、釘，松開望 遠鏡緊固螺釘。點亮汞燈，由平行光管出射的平行光照在三棱鏡的兩光學表面 上，分別測出兩反射光的角位置A+、 B+； A-、 B-，則有 A= A+- A-， B= B+- B- =（ A +B）/2 由圖中的幾何關系，可以證明 = 2 故 = /2 = （ A +B）/4 2.測最小偏向角min 汞燈發(fā)出的譜線在可見光范圍有紫、藍、綠、黃等數(shù)條，因三棱鏡對不同波長的光折射率不同，所以最小偏向角也不同。如圖8所示，將三棱鏡放于載物臺上，使AC面的法線與平行光光軸約成60角，1.平行光管 2.載物臺 3.三棱鏡 4.望遠鏡即 60，旋轉(zhuǎn)望遠鏡 圖7 反射法測量棱鏡的頂角 第十三張，PPT

10、共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 至圖示位置附近就可以觀察到一條條單色的譜線，這就是棱鏡光譜。這里只測 量棱鏡對綠光的折射率。 測量方法如下：松開載物臺緊固螺釘,如圖示箭頭方向緩慢轉(zhuǎn)動載物臺,使減小，偏向角也隨之減小，這時譜線向左移動，用望遠鏡跟蹤綠譜線移動， 繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)載物臺，可看到譜線移至某一位置后將反向移動，譜線移動方 向發(fā)生逆轉(zhuǎn)時的偏向角就是最小偏向角。測出譜線移動方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)時的角位 置A和 B。然后從載物臺上取下三棱鏡，轉(zhuǎn)動望遠鏡，對準平行光管，使分 劃板上黑十字的垂直線與狹縫像的中心線重合，測出角位置A0和 B0，則 Am= A0- A， B m= B0- B min =（ A

11、m+ B m）/2 三、用衍射光柵測光波波長 1.光柵的調(diào)整 在測量之前，按教材要求調(diào)整光柵， 使平行光管產(chǎn)生的平行光垂直照射于光 柵平面，且光柵的刻痕與分光計旋轉(zhuǎn)主1.平行光管 2.載物臺 3.三棱鏡 4.望遠鏡 軸平行。 圖8 最小偏向角的測量 60第十四張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.測量譜線的衍射角 調(diào)節(jié)狹逢寬度適中，使汞光譜中的兩條黃譜線能分開。先將望遠鏡轉(zhuǎn)至右 側(cè)，測量 k=+1級各譜線的角位置A+1和 B +1，然后將望遠鏡轉(zhuǎn)至左側(cè)，測量 k=-1級各譜線的角位置A-1和 B -1。則各譜線的衍射角為 =（ A-1-A+1 +B +1 -B -1 ）/4 測量時，從

12、最右端的黃2光開始，依次測黃1光、綠光，直到最左端的黃 光。綠光 重復測量三次。數(shù)據(jù)處理 一、用三棱鏡測玻璃的折射率 1.實驗數(shù)據(jù)記錄到教材所列數(shù)據(jù)表格 2.計算三棱鏡的頂角 3.計算三棱鏡對綠光的最小偏向角min和折射率n 二、用衍射光柵測光波波長 實驗數(shù)據(jù)記錄到教材所列數(shù)據(jù)表格并按表格要求進行數(shù)據(jù)處理.其中譜線級 數(shù)K=1，光柵常數(shù)d=1/3000cm。 若已知分光計的儀器額定誤差為1=2.9110-4弧度，d值的相對誤差為 0.1，根據(jù)d sin=k推導相對誤差E=/ 的表示式，并求出測量綠光 波長的相對誤差，說明誤差的性質(zhì)。 第十五張，PPT共十七頁，創(chuàng)作于2022年6月注意事項 1.不要用手觸摸光學元件的光學表面。 2.分光計上的各個螺釘在未搞清其作用前，不要隨意扭動。 3.不要用小燈管轉(zhuǎn)動望遠鏡。 4.汞燈的紫外光較強，不可直視，以免損傷眼睛。 5.光柵是較精密的光學元，必須輕拿輕放. 6.測量衍射角時，為使望遠鏡中十字叉絲豎線瞄準各譜線，必須使用望遠鏡微調(diào)螺釘。測