1、實驗七分光計的調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，還可以用來進行光譜定性分析，驗證里德堡常數等。分光計是光學實驗的根本儀器，它的調整如望遠鏡、平行光管的調整等方法在光學儀器調整中頗具代表性。我們實驗課中也將屢次用到分光計。了解它的結構、掌握它的調節和使用方法，是本課程的根本要求。實驗目的和學習要求 1了解分光計的結構，掌握分光計的調整方法和理解調整的原理。 2學會使用分光計測量角度。3學會用分光計測折射率的方法和原理。4. 了解光的色散現象。實驗原理如圖7-1所示，三角形ABC表示三棱鏡的橫截面，BC為底面，AB、AC為光學面，兩個光

2、學面的夾角A稱為三棱鏡的頂角。入射光LD經三棱鏡兩次折射后，沿FR方向出射。入射線LD與出射線FR所成的角d，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，偏向角到達極小值，這時的偏向角稱為最小偏向角。棱鏡玻璃的折射率n與棱鏡頂角A，最小偏向角有如下關系。 圖7-1三棱鏡的折射 用分光計測出三棱鏡的頂角A和最小偏向角，就可以算出棱鏡材料的折射率。儀器介紹分光計的結構如圖7-2，它主要由平行光管、望遠鏡、載物臺和讀數裝置組成。圖7-2 分光計的結構1狹縫裝置 2 狹縫套筒瑣緊螺釘 3 平行光管 4 載物臺 5 載物臺調平螺釘 6 載物臺瑣緊螺釘 7 望遠鏡 8 目鏡套筒瑣緊螺

3、釘 9 自準目鏡 10目鏡套筒 11 望遠鏡光軸俯仰調節螺釘 12 望遠鏡光軸水平方向調節螺釘 13 望遠鏡轉動微調螺釘 14 度盤止動螺釘 15 望遠鏡止動螺釘在反面16 度盤 17 游標盤 18 游標盤微調螺釘 19 游標盤止動螺釘 20 平行光軸水平方向調節螺釘 21 平行光管光軸俯仰調節螺釘 22 狹縫寬度調節螺釘 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，那么平行光管射出平行光。狹縫的刀口是經過精密研磨制成的，為防止損傷狹縫，只有在望遠鏡中看到狹縫像的情況下才能調節狹縫的寬度。調節手輪22，可以改變狹縫的寬度。 2. 望遠鏡望

4、遠鏡是由目鏡、分劃板、物鏡組成，如圖7-3，望遠鏡和分化板它們分別裝在三個套筒中，彼此可以相對移動。 圖7-3 分光計的望遠鏡分劃板上刻有±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，小燈泡發出的光經小棱鏡改變光路90°方向后從十字透射孔出射，當分劃板處在物鏡的焦平面上時，十字透光孔出射光經物鏡后成為平行光，假設用一垂直于望遠鏡光軸的平面鏡將此平行光反射回來，那么成像在分劃板上方十字叉絲上，如圖7-7c。望遠鏡可以單獨繞中心軸轉，也可以與刻度盤固定一起繞中心軸轉。 3. 載物臺載物臺用來放置待測件或分光元件，臺面下方三個螺絲如圖7-9，用來調節臺面傾斜度。松開螺絲

5、6，可以升降載物臺。擰緊螺絲6可將載物臺與游標盤17固定在一起，此時松開螺絲19，載物臺隨游標盤轉動，并可以通過游標讀數裝置讀出載物臺轉過的角度。 4. 讀數裝置這是一種測量角度的游標讀數裝置稱為角游標或圓游標，由刻度盤與游標盤組成?？潭缺P是主尺分為360°，JJY 型分光計主尺的最小刻度為30¢，游標有30個分度，分度值為1¢。讀數時，從游標零線所對的刻度盤讀出0.5°以上的“度數，再從與刻度盤某刻度對齊的游標刻線讀出“分數。兩數相加為角度讀數。圖7-4讀數為116°12¢。為了消除刻度盤中心與轉軸中心之間的偏心差，在游標盤同一直徑

6、的兩端各裝一游標。測量時，兩個游標都應讀數，然后算出每個游標始、末兩次的讀數的差，再取平均值。這個平均值才是轉動的角度。 圖7-4角游標實驗內容及調整步驟分光計的調整要求是： 1望遠鏡調焦于無窮遠，即望遠鏡能將平行光會聚成像于焦平面上； 2望遠鏡光軸垂直于分光計主軸； 3平行光管發出平行光； 4平行光管光軸垂直于分光計主軸，并與望遠鏡光軸在同一平面內。調節前，應對照實物和結構圖熟悉儀器，了解各個調節螺釘的作用。調節時要先粗調后再細調。 分光計調整的步驟： 一目測粗調憑眼睛觀察判斷調節望遠鏡和平行光管光軸盡量使它們與刻度盤平行；調節載物臺盡量使它們與刻度盤平行即與主軸垂直二 細調 1. 調節望遠

7、鏡適合于觀察平行光。 目鏡視度調節：使望遠鏡適合操作者眼睛的視度。轉動目鏡視度調節手輪10，從目鏡中看到分劃板的黑色叉絲清晰。調好后，整個實驗中不再轉動螺釘10。接通望遠鏡上的小燈，并按圖7-5把平面鏡放到載物臺上，緩慢轉動載物臺，從望遠鏡中仔細尋找平面鏡的兩個面是否都有綠光團反射回來。假設找不到綠光團，多半原因是粗調還未到達要求，應重新進行粗調。 找到綠光團后，松開目鏡鎖緊螺釘8，前后抽動目鏡套筒，使綠色光團變成清晰的綠十字像。仔細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，整個實驗中不再抽動目鏡套筒。那么望遠鏡已適合于觀察平行光。B1B3 B2。圖7-5平面鏡的放置圖7-6 尋

8、找反射的綠色光斑或綠十字像圖 2望遠鏡光軸垂直于分光計主軸 轉動載物臺，使平面鏡轉動180°，從目鏡中找到反射回來的綠十字像圖7-7 a 調節望遠鏡俯仰螺釘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。 調節螺釘，使綠十字像與分劃板上方黑十字叉絲重合圖7-7 c。這種各調一半的方法叫做“半調法。 重復。反復調整，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。 望遠鏡調整完畢，以下平行光管和載物臺上光學元件的調節都將以此為基準，望遠鏡光軸的俯仰、望遠鏡的調焦狀態在整個實驗中都不要再改變。上叉絲橫絲縱絲a綠十字偏離上 (b)調節望遠鏡螺絲11 (c)調

9、載物臺螺絲B1，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 調節望遠鏡光軸 望遠鏡調節中的兩個問題及解決方法。 找不到從平面鏡反射回來的綠色光團或十字像。這是由于反射像太偏上或太偏下，不能落在望遠鏡的視場內。這時可旋轉載物臺，平面鏡法線偏離望遠鏡一個小角度，從望遠鏡外側向平面鏡內尋找綠色光團或綠十字像，如圖7-6，使當眼鏡與望遠鏡等高時看到綠光團位于平面鏡的中下局部或平面鏡的頂部，這時，用“半調法調節螺釘11和，把綠光團調到平面鏡中上局部，此時再轉動載物臺，使平面鏡的法線對向望遠鏡，從目鏡中就能看到綠色光斑(或綠十字像)。 左右轉動望遠鏡(或微微轉動載物臺)時，綠

10、十圖7-8 分劃板傾斜導致綠十字像移動方向與水平叉絲成一小角度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。應松開目鏡鎖緊螺釘8，轉動目鏡套筒分劃板隨之轉動，直到綠十字像始終沿水平叉絲移動。分劃板轉正后，應重新消除視差，再鎖定螺釘8。 3. 調整平行光管(1) 調光軸：取下平面鏡，開亮鈉光燈，松開狹縫鎖緊螺釘2，將狹縫1轉成水平，從望遠鏡中看到狹縫的像，假設不清晰，可前后抽動狹縫使像清晰；調節平行光管俯仰螺釘21，使狹縫的像重合于分劃板中央的水平叉絲，平行光管光軸即與分光計主軸相垂直。(2) 調出平行光：轉動狹縫平行于豎直叉絲，仔細地前后抽動

11、狹縫，消除狹縫的像與叉絲間的視差。至此平行光管發出平行光。(3) 轉動螺釘22調節狹縫寬度，使狹縫的像既細銳又足夠明亮。至此分光計調節完畢。B3B1B2ABCO圖7-9三棱鏡的放置實驗內容1測量三棱鏡的頂角A 現介紹兩種測量三棱鏡頂角的方法。 (1) 用自準法測三棱鏡頂角 按圖7-9把三棱鏡放到載物臺上，并用彈簧片壓住。螺釘、連線垂直于三棱鏡的光學平面AB，調節時，載物臺以連線為軸轉動，平面I(AC) 的傾 斜度改變，而那么在它自己的平面內運動，其法線方向不變。這樣放置三棱鏡，使得在調節平面I時，不改變平面的狀態；同理，在調節時也不會影響平面I。 松開望遠鏡轉軸止動螺釘，將望遠鏡對向平面I，只

12、調節螺釘，使平面I反射的綠十字像與分劃板上方十字叉絲重合,記錄兩游標讀數。 轉動望遠鏡對向平面，只調節螺釘，使平面鏡反射的綠十字像與分劃板上方十字叉絲重合,記錄兩游標讀數。 由圖7-10可見，A = 180°j，j =+/2 。 圖7-10 用自準法測三棱鏡頂角 圖7-11 用反射法測三棱鏡頂角(2) 用反射法測量三棱鏡頂角按圖7-9把三棱鏡放到載物臺上，松開螺釘19，轉動載物臺，使三棱鏡的頂角A對向平行光管，然后鎖定6，如圖7-11。轉動望遠鏡到位置，從望遠鏡中看到狹縫的像在分劃板中央，鎖定望遠鏡轉軸止動螺釘15，然后用微調螺釘13調節狹縫像與分劃板豎直叉絲重合，記錄兩游標讀數和。

13、 轉動望遠鏡到位置，重復，記錄兩游標讀數和，由圖7-11可以證明，j =+/2。2. 測量最小偏向角(1) 找到譜線：轉動載物臺，使三棱鏡的AC平面與平行光管光軸夾角大致為30°，然后將望遠鏡轉到出射光方向，就能從望遠鏡里看到譜線，如圖7-12 。(2) 找到最小偏向角：轉動載物臺，使譜線向入射光方向靠近，即偏向角減小。當載物臺轉到某一位置，再繼 續按原方向轉動載物臺，譜線將反向移動，偏向角變大。譜線反轉處即最小偏向角的位置。(3) 對準最小偏向角：在譜線反轉的位置用螺釘19鎖定載物臺，轉動望遠鏡將豎直叉絲對向譜線，鎖定望遠鏡轉軸止動螺釘15。用微調螺釘13和18配合反復調節，確認分

14、劃板豎直叉絲對準最小偏向角時的譜線，記下兩游標讀數和。 圖7-11 測量最小偏向角 (4) 然后使望遠鏡對準入射光(可從棱鏡上方通過)讀取入射光角位置讀數和。注意，此時不可轉動載物臺不可轉動螺釘18，不可松開螺釘19，因載物臺已與游標盤鎖定由圖7-12可見=+/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和最小偏向角時，應防止三棱鏡相對于載物臺發生移動和轉動，更不可轉動螺絲。數據處理1測量三棱鏡的頂角A。2分別測量汞黃577.0與579.0nm、綠546.1nm、青光49

15、1.6nm、藍紫光435.8nm和紫光404.7nm的最小偏向角。根據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-關系曲線.操作注意 1. 推動望遠鏡繞主軸轉動時，應推望遠鏡的支臂，切勿直推鏡筒，以免破壞望遠鏡光軸與分光計主軸的垂直關系，造成角度測量錯誤。 2. 螺釘6通常是擰緊的，將載物臺與游標盤鎖定。轉動載物臺時，應松開游標盤止動螺絲19，轉動游標盤來帶動載物臺轉動。只有在升降載物臺或需要改變光學元件(連同載物臺)相對于游標的位置時，才松開螺絲6操作。 3. 需要仔細轉動載物臺或望遠鏡使待測目標與豎直叉絲對準時，應當用微調螺絲18或13操作，這樣可減小對線誤差。 4. 光學元件置于載物臺上，要用彈簧片壓?。蝗∠聲r應立即放回元件盒里，元件要輕拿輕放，元件盒要靠近實驗臺中間放置，以免跌落摔壞。數據處理 1. 自擬表格記錄和報告測量數據。 2. 計算A和，測量時為消除偏心差用兩個游標讀數，應取平均，計算折射率n。 3. 以j值和作為直接測量量，其不確