分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測定

1、分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測定第1頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一實驗簡介 分光儀是一種能精確測量角度的典型光學儀器，常用來測量折射率、光波波長、色散率和觀測光譜等。由于該裝置比較精密,操縱控制部件較多而復雜，故使用時必須按一定的規(guī)則嚴格調(diào)整，方能獲得較高精度的測量結(jié)果。 對于初學者來說，往往會遇到一些困難，但只要在調(diào)整，實驗過程中，明確調(diào)整要求，注意觀察現(xiàn)象，并努力運用已有的理論知識去分析，指導操作，一般是能夠掌握的。第2頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一實驗目的1.了解光學測角儀的主要構(gòu)造，正確掌握調(diào)整光學測角儀的要求和方法。2.測定三棱鏡的頂

2、角，觀察三棱鏡對汞燈的色散現(xiàn)象。第3頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一實驗原理三棱鏡如右圖所示，AB和AC是透光的光學表面，又稱折射面，其夾角 稱為三棱鏡的頂角；BC為毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。第4頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一1.自準法測量三棱鏡的頂角 右圖是自準法測量三棱鏡頂角的示意圖第5頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一利用望遠鏡自身產(chǎn)生平行光，固定望遠鏡，轉(zhuǎn)動小平臺，先使棱鏡AB面反射的十字像落在分劃板上“”準線上部的交點上(即望遠鏡光軸與三棱鏡AB面垂直)，記下刻度盤對稱游標的方位角讀數(shù)1、2。然后再轉(zhuǎn)動小平臺使

3、AC面反射的十字像與“”準線的上交點重合（即望遠鏡光軸與AC面垂直），記下讀數(shù)、 （注意與 為同一游標讀得的望遠鏡方位角，而 2與則為另一游標上讀得的方位角），兩次讀數(shù)相減即得頂角 的補角 。 =180- ， 可以證明：第6頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一2.反射法測量三棱鏡的頂角 右圖是反射法測量三棱鏡頂角的示意圖。將三棱鏡放在截物臺上，使平行光管射出的光束投射到棱鏡的兩個折射面上，從棱鏡左面反射的光可將望遠鏡轉(zhuǎn)至處觀察，使用望遠鏡微調(diào)螺絲使“”準線的中心垂直線對準反射狹縫像，從兩個游標上讀出方位角讀數(shù) 和 ，再將望遠鏡轉(zhuǎn)至處觀測從棱鏡右面反射的狹縫像，又可分別讀得方

4、位角 和 。由圖可以證明三棱鏡的頂角 ：第7頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一實驗儀器分光儀雙面鏡低壓汞燈（連鎮(zhèn)流器）三棱鏡照明小燈等第8頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一光學測角儀簡介：載物臺平行光管望遠鏡讀數(shù)裝置第9頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一準 線目視鏡場透光窗目鏡分劃板小棱鏡小電珠物鏡(1)自準直望遠鏡（阿貝式）部分阿貝式自準望遠鏡由目鏡，分劃板及物鏡三部份組成。分劃板上刻的是“”形準線，在邊上粘有一塊45全反射小棱鏡，其表面上涂有一層不透明薄膜，薄膜上刻了一個空心十字窗口，小電珠光 從管側(cè)射入后，調(diào)節(jié)目鏡前后位置

5、，可在望遠鏡目鏡視場中看到圖中所示的景象。第10頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一若在物鏡前放一平面鏡，前后調(diào)節(jié)目鏡（連同分劃板）與物鏡的間距，使分劃板位于物鏡的焦平面上時，小電珠發(fā)出透過空心十字窗的光經(jīng)物鏡后成平行光射于平面鏡，反射光經(jīng)物鏡后在分劃板上形成十字窗口的像。若平面鏡面與望遠鏡光軸垂直，此象將落在“”準線上部的交叉點上,如下圖所示:第11頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一反射像平面鏡自準直望遠鏡光路圖第12頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一第13頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一第14頁，共38

6、頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一(2)平行光管部份：平行光管的一端裝有會聚透鏡，另一端內(nèi)插入一套筒，其末端為一寬度可調(diào)的狹縫，如下圖所示。當狹縫位于透鏡的焦平面上時，能使照在狹縫上的光經(jīng)過透鏡后成為平行光。平行光管光源狹縫會聚透鏡第15頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一第16頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一第17頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一(3)載物小平臺部份：載物小平臺用以放置待測物體，臺下有三個調(diào)平螺釘a1、a2、a3，可調(diào)整平臺的水平位置，如下圖所示。載物小平臺第18頁，共38頁，2022年，5月20

7、日，9點45分，星期一（4）讀數(shù)裝置部份：讀數(shù)裝置由刻度圓盤和沿園盤邊相隔180對稱安置的兩個游標T、T組成，如右圖所示?？潭葓A盤分成360，最小分度為半度（30），小于半度的讀數(shù)利用游標讀出。游標上有30格，故游標上的讀數(shù)單位為1。第19頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一角游標讀數(shù)方法與一般游標相同，如下圖所示的位置，先讀出游標0刻線左邊所指刻度盤的度數(shù)（必須注意是否超過半刻度線），再讀出游標上第幾根線與刻度盤刻線對準，然后將二次所讀的數(shù)相加即可。上圖中先讀出8730，再讀出15，兩者相加即： 8730+ 15= 8745兩個游標對稱放置是為了消除刻度盤中心與分光計中心

8、軸線之間的偏心差，測量時要同時記下兩游標所示的讀數(shù)。第20頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一實驗內(nèi)容一、分光儀的調(diào)節(jié)1.目測粗調(diào)為了準確測出角度，根據(jù)分光儀的工作條件，調(diào)整望遠鏡和平行光管光軸與光學測角儀中心軸嚴格垂直，一般可以先用目測法進行粗調(diào)。第21頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一首先調(diào)整望遠鏡光軸水平方位調(diào)節(jié)螺釘使望遠鏡光軸對準分光儀中心軸，調(diào)整平行光管光軸水平方位調(diào)節(jié)螺釘使平行光管光軸對準分光儀中心軸。第22頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一接看調(diào)整望遠鏡和平行光管的仰角調(diào)節(jié)螺釘，使望遠鏡和平行光管呈水平狀態(tài)。最后調(diào)整

9、載物臺三只調(diào)平螺釘，使載物臺上臺面與固定座四周間隙相等。第23頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一2.用自準法調(diào)整望遠鏡： (1)點亮照明小燈，轉(zhuǎn)動目鏡并調(diào)節(jié)目鏡與 分劃板間的距離，直至看清分劃板上的“準線”和帶有綠色的小十字窗口。（2）將雙面鏡按圖示方法置于載物臺上，雙面鏡平面 與B1、B3連線垂直，B1、B2、B3是載物臺下三只調(diào)平螺釘，H是插銷，從側(cè)面觀察，眼睛與望遠鏡中心軸等高。如果從雙面鏡正、反兩面均能觀察到完整的亮十字反射像，則說明雙面鏡正、反兩面反射的亮十字光線能進入望遠鏡。第24頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一H第25頁，共38頁，2

10、022年，5月20日，9點45分，星期一3.三棱鏡的放置與調(diào)整：將三棱鏡按右圖所示放置，光學面AB與B1、B2螺釘連線垂直，由于三棱鏡是等邊三角形，而螺釘B1、B2、B3連線也是等邊三角形，所以AC光學面與B2、B3螺釘連線垂直。三棱鏡是被測量對象，在加工時側(cè)面與底面的垂直度存在誤差，所以還需進一步對三棱鏡進行調(diào)整。第26頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一從圖中可以看出，當望遠鏡對準AB光學面用自準法調(diào)整時,B1、B2螺釘起作用，而調(diào)整AC光學面時，則B2、B3螺釘起作用。這時B2是對AB光學面與AC光學面均起作用的調(diào)節(jié)螺釘，在調(diào)整時這個螺釘B2不參與調(diào)整。所以用自準法調(diào)

11、整三棱鏡時，調(diào)整AB光學面時調(diào)整B1螺釘，使十字反射像中心與“”準線上交點重合。而調(diào)整AC光學面時則調(diào)整B3螺釘。第27頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一 這時望遠鏡的仰角調(diào)節(jié)螺釘固定不動。由于三棱鏡的光學面反射的十字像較淡，必須仔細觀察，同時用照明小燈放在三棱鏡的后面作為背景光照亮“”準線。注意第28頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一4.平行光管的調(diào)整：第29頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一二.反射法測量三棱鏡頂角1.三棱鏡的放置：（在三棱鏡放置前，先調(diào)整游標盤使左右游標T、 T分別在平行光管的兩邊，然后鎖緊游標盤止動螺釘，

12、固定游標盤）第30頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一如右圖所示載物臺平面有三條互成120的等分線a、b、c。松開載物臺鎖緊螺釘，使其中一條等分線a對準平行光管軸線，插銷H在右上角，擰緊載物臺鎖緊螺釘。三棱鏡頂角A放在載物臺中心,棱鏡光學面AB、AC分別與等分線b、c夾角相等。然后轉(zhuǎn)動望遠鏡對準等分線B、C時，即可在此附近找到狹縫的像。同時擰緊左下角分度盤鎖緊螺釘。H第31頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一2. 用反射法在、二個位置測量數(shù)據(jù)時，一定要使狹縫像與目鏡中垂直義絲相平行。當望遠鏡對準狹縫像時，擰緊望遠鏡止動螺釘，然后利用望遠鏡的微調(diào)裝置使義絲

13、位于狹縫像的中央，從左、右游標上讀取數(shù)據(jù)。望遠鏡從位置轉(zhuǎn)到位置時，所轉(zhuǎn)過的角度是同一游標兩次方位角讀數(shù)之差。3. 本實驗系多次測量，要求至少測量三組數(shù)據(jù)，每次測完一組數(shù)據(jù)后，松開左下角分度盤鎖緊螺釘，使分度盤轉(zhuǎn)過一個角度，再擰緊刻度盤鎖緊螺釘，然后進行第二次測量，這樣可以使每組數(shù)據(jù)不同，避免一次讀錯，重復錯誤。第32頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一4.在測讀過程中，由于望遠鏡可能處在任何方位，故必須注意望遠鏡轉(zhuǎn)動過程中是否越過了刻度盤的零點，如越過了刻度零點。則必須按式 =360-|i-i|來計算望遠鏡轉(zhuǎn)角。5.數(shù)據(jù)記錄表格. 第33頁，共38頁，2022年，5月20日

14、，9點45分，星期一注意事項1.同學進入實驗室先不要盲目亂動儀器，要在教師的指導下，有目的的進行分光儀調(diào)整。2.平面鏡及三棱鏡系光學元件，光學表面不能用手觸摸，如發(fā)現(xiàn)有灰塵或污斑可用擦鏡紙揩拭。第34頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一3.轉(zhuǎn)動望遠鏡時應(yīng)用手扶住望遠鏡托架轉(zhuǎn)動，不能用手直接抓住自準目鏡轉(zhuǎn)動望遠鏡。4.實驗桌上每一位同學有一抽屜，書包及其他無關(guān)物品均應(yīng)放在抽屜內(nèi)。5.在調(diào)整過程中，三棱鏡如從分光計上拿下來，應(yīng)放在棱鏡盒內(nèi)，以免不慎碰落地上，敲碎棱鏡。如發(fā)生棱鏡敲碎事件，教師應(yīng)責成該同學寫檢查，并酌情賠償。6.實驗完畢，教師安排同學整理儀器和打掃衛(wèi)生。第35頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一【預習思考題】1.請正確讀出下列圓游標所指出的讀數(shù)。第36頁，共38頁，2022年，5月20日，9點45分，星期一2.三棱鏡按下圖放置在載物臺上，在調(diào)整三棱鏡光學面AB，AC時，請指出載物臺下三只調(diào)平螺釘B1、B2、B3哪一只螺釘不參與調(diào)整？3.分光儀由哪幾個主要部件組成？它們的作用各是