用分光計(jì)測(cè)三棱鏡頂角實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、一、名稱：用分光計(jì)測(cè)三棱鏡頂角二、目的：采用自準(zhǔn)法測(cè)量三棱鏡的頂角。三、器材：1、分光計(jì)（1）望遠(yuǎn)鏡 （2）載物臺(tái) （3）平行光管（4）讀數(shù)裝置 （5）底座2830292814261625241819222320ffi 310 6自*法測(cè)三橫鑲頂角圖310 i jjy1'型分光計(jì)結(jié)構(gòu)圖.狹縫裝證2.狹燧裝論鎖緊嫖釘3. f-lr光行4.制動(dòng)架5夾持待測(cè)物賛片6.戟物臺(tái)7.戟物臺(tái)調(diào)平螺釘（3只）8.戟物臺(tái)偵緊嫖釘9. 遠(yuǎn)鏡0.目鏡鎖緊螺釘 訂.河貝式自準(zhǔn)克目鏡12 .目鏡視度調(diào)節(jié)手輪】3.光源簡(jiǎn)14.望遠(yuǎn)縫光軸禺低瀏節(jié)嫖釘】5 .期遠(yuǎn)鏡光軸水平調(diào)節(jié)螺釘16.支臂17.電源插孔&望

2、遠(yuǎn)鏡黴調(diào)螺釘19.望遠(yuǎn)鏡止動(dòng)螺釘20.刻度盤與望遠(yuǎn)鏡固聯(lián)繃釘（背面）21 .底座22 .刻度盤23 .游標(biāo)盤24.電源25.立柱26.游標(biāo)盤微調(diào)螺釘27 .游標(biāo)盤止動(dòng)螺釘2& ¥行光ff光軸水平調(diào)仃券釘29.平行光管光軸離低調(diào)節(jié)螺釘30.狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪四、原理圖1是自準(zhǔn)法測(cè)量三棱鏡頂角的 示意圖，圖中所示三棱鏡是橫截面為等 邊三角形的柱體。ab和ac是透光的光 學(xué)表面，又稱折射而，其夾角a稱為三 棱角的頂角；bc為毛玻璃面，稱為三 棱角的底面。實(shí)驗(yàn)中利用望遠(yuǎn)鏡自身產(chǎn)生平行 光，固定載物臺(tái)（或固定望遠(yuǎn)鏡），轉(zhuǎn) 動(dòng)望遠(yuǎn)鏡光軸（或轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)），先使棱鏡ab面反射的十字像落在分劃板

3、上雙十字叉絲上部的交點(diǎn)上（即望遠(yuǎn)鏡光軸與三棱鏡ab垂直），記下刻度盤對(duì)稱游標(biāo)的方位角讀數(shù)©和©j然后再轉(zhuǎn)動(dòng)望 遠(yuǎn)鏡（或載物臺(tái)）使ac面反射的十字像與雙十字叉絲的上交點(diǎn)重合（即望遠(yuǎn)鏡 光軸與ac面垂直），記下讀數(shù)軸和（p；（注意與分別為同一游標(biāo)窗口上讀得 的望遠(yuǎn)鏡在位置/和位置的方位角，而和則為另一游標(biāo)窗口上讀得的方位角）, 兩次讀數(shù)相減即得頂角a的補(bǔ)角（p o防£（%+0）= £（久 一） +則三棱鏡的頂角五、步驟:（-）分光計(jì)的調(diào)節(jié)為了精確測(cè)量角度，必須使待測(cè)角平面平行于讀數(shù)盤平面，所以測(cè)量前須對(duì)分光 計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)分光計(jì)的要求是：（1）平行光管出射

4、平行光；（2）望遠(yuǎn)鏡接收平行光（即望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)）；（3）經(jīng)過(guò)光學(xué)元件的光線構(gòu)成的平而應(yīng)與儀器的中心轉(zhuǎn)軸垂直，即平行光管 和望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計(jì)的中心轉(zhuǎn)軸垂直，載物臺(tái)中軸線與中心轉(zhuǎn)軸重合。調(diào)節(jié)前，應(yīng)對(duì)照實(shí)物和圖1的結(jié)構(gòu)熟悉儀器，了解各個(gè)調(diào)節(jié)螺釘?shù)淖饔?。調(diào)節(jié)時(shí) 要先粗調(diào)再細(xì)調(diào)。1、目測(cè)粗調(diào)根據(jù)眼睛的粗略估計(jì)，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和平行光管上的高低調(diào)節(jié)螺釘14和29,使 它們的光軸大致與中心傳軸垂直；調(diào)節(jié)載物臺(tái)下的三個(gè)水平調(diào)節(jié)螺釘，使其大致 處于水平狀態(tài)。粗調(diào)是細(xì)調(diào)的前提，也是細(xì)調(diào)成功的保證。2、細(xì)調(diào)采用自準(zhǔn)調(diào)整法進(jìn)行細(xì)調(diào)，這是以在物面上成一個(gè)與 物對(duì)稱的像為依據(jù)來(lái)調(diào)整光路的方法，也是光學(xué)實(shí)驗(yàn) 中常用的

5、一個(gè)方法。具體調(diào)整方法是：（1） 接上電源，打開開光，調(diào)節(jié)目鏡，肓到能夠清 起地看到分劃板上的雙十字叉絲為止。旋轉(zhuǎn)目鏡裝置 11,使分劃板刻線水平或垂直。（2）將雙面反射鏡放置在載物臺(tái)上（下圖）。這樣放置的優(yōu)點(diǎn)是：若要調(diào)節(jié)反 射鏡的俯仰，只需要調(diào)節(jié)載物臺(tái)下的螺釘2或3即可，而螺釘1的調(diào)節(jié)與反射鏡 的俯仰無(wú)關(guān)。轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使反射鏡的一個(gè)反射面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，再輕緩地左右轉(zhuǎn) 動(dòng)載物臺(tái)，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察，找到由反射鏡面反射回來(lái)的光斑（模糊的綠色亮十 字）。如果看不到，這說(shuō)明從望遠(yuǎn)鏡出射的光沒(méi)有被平而鏡反射回到望遠(yuǎn)鏡中， 粗調(diào)未達(dá)到要求，應(yīng)重新粗調(diào)。（3）放松目鏡鎖緊螺釘10,前后拉動(dòng)目鏡套筒，調(diào)節(jié)分劃板與

6、物鏡之間距離 （調(diào)節(jié)物鏡的焦距），使模糊的綠色亮十字清晰。注意使叉絲與亮十字的反射像z間無(wú)視差，如有視差，則需反復(fù)調(diào)節(jié)，予以消除。如果沒(méi)有視差，說(shuō)明望遠(yuǎn)鏡 已聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)。（4）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸和分光計(jì)中心轉(zhuǎn)軸垂直。如果望遠(yuǎn)鏡的光軸與反射鏡的 鏡面垂直，則反射的綠十字像與分劃板上的雙i 字叉絲的上十字叉絲重合，如下 圖c的目鏡視場(chǎng)所示。當(dāng)反射鏡兩面反射的綠十字像都能與上十字叉絲重合，則 說(shuō)明望遠(yuǎn)鏡的光軸和分光計(jì)的屮心轉(zhuǎn)軸垂直。但是在一般情況下，開始時(shí)兩者并 不重合，需仔細(xì)調(diào)節(jié)。 經(jīng)過(guò)細(xì)調(diào)步驟（3）的操作，在望遠(yuǎn)鏡中已經(jīng)找到了一個(gè)反射面反射的綠十 字像如下圖a所示，然后使反射鏡跟隨載物臺(tái)和游標(biāo)盤繞

7、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)18（t,從 望遠(yuǎn)鏡中找到另一面反射的綠十字像。若找不到，說(shuō)明該反射面反射的綠十 字像光線沒(méi)有靜茹望遠(yuǎn)鏡內(nèi)，此時(shí)，可以在望遠(yuǎn)鏡外用亞寧直接向平面鏡觀 察，找到綠十字像，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸高低調(diào)節(jié)螺釘14和載物臺(tái)條屏 螺釘7 （3個(gè)中的2或3）,直至雙面反射鏡的兩個(gè)面都能從望遠(yuǎn)鏡中看到綠 十字像。 采用1/2漸進(jìn)調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)綠十字像與分劃板上部十字叉絲重合，先調(diào)節(jié)望 遠(yuǎn)鏡光軸高低調(diào)節(jié)螺釘使綠十字像與上部十字叉絲的間距減少1/2,如下圖 b所示，再調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺釘使像與上部十字叉絲重合。然后將載物臺(tái)旋 轉(zhuǎn)180。，用同樣的方法調(diào)節(jié)另一面。這樣反復(fù)調(diào)節(jié)級(jí)次即可調(diào)節(jié)成功，此時(shí)， 無(wú)需任何調(diào)節(jié)

8、，反射鏡兩面的像均與上部十字叉絲重合，即望遠(yuǎn)鏡光軸與分 光計(jì)中心轉(zhuǎn)軸垂直。調(diào)好之后望遠(yuǎn)鏡光后高低調(diào)節(jié)螺釘14不能再動(dòng)。(b)(c)(a)圖310-«用雙面反射鏡調(diào)節(jié)分光計(jì)時(shí)目鏡視場(chǎng)情形（-）采用自準(zhǔn)法測(cè)量三棱鏡的頂角1、調(diào)節(jié)三棱鏡的主截面與分光計(jì)中心轉(zhuǎn)軸垂直三棱鏡的兩個(gè)底面一般不是主截面，即使是主截面，而載物臺(tái)面也不一定與分光 計(jì)中心轉(zhuǎn)軸垂直，因此在測(cè)量之前，必須調(diào)節(jié)三棱鏡的主截面與分光計(jì)中心轉(zhuǎn)軸 垂直，可以證明，此時(shí)三棱鏡的兩個(gè)光學(xué)面的法線與屮心轉(zhuǎn)軸垂直。由于望遠(yuǎn)鏡 光軸和中心轉(zhuǎn)軸已經(jīng)垂直，因此只需調(diào)節(jié)三棱鏡光學(xué)面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直即可。取下雙面反射鏡，將三棱鏡按圖放在載物臺(tái)上，使三

9、個(gè)面分別與載物臺(tái)調(diào)平 螺釘?shù)倪B線垂直。此時(shí)，當(dāng)調(diào)節(jié)螺釘2時(shí)，只改變ab光學(xué)面法線的方向而不影 響ac光學(xué)面，同理，當(dāng)調(diào)節(jié)螺釘3時(shí)，只改變ac法線的方向而不影響ab面。ik轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，在望遠(yuǎn)鏡中找到ab面反射回來(lái)的綠十字 像，調(diào)節(jié)螺釘2,使綠十字像與上部十字叉絲重合。然后 找到ac面反射回來(lái)的綠十字像，調(diào)節(jié)螺釘3,使綠十字像 與上部十字叉絲重合。重復(fù)上述步驟幾次，直到兩個(gè)光學(xué) 面反射的綠十字像均與上部十字叉絲重合，說(shuō)明此時(shí)三棱 鏡的主截而與分光計(jì)的中心轉(zhuǎn)軸已經(jīng)垂直。2、測(cè)量三棱鏡頂角a如自準(zhǔn)法測(cè)量三棱鏡頂角的示意圖所示，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)使棱鏡bc面對(duì)著平行 光管后鎖緊載物臺(tái)。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)ac面，時(shí)反

10、射回來(lái)的綠十字像與上部十字 叉絲重合，固定望遠(yuǎn)鏡（位置t）,從左、右游標(biāo)窗口讀數(shù)價(jià)、,填入表格。 再轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)ab面，時(shí)綠十字像與上部十字叉絲重合，固定望遠(yuǎn)鏡（位置 ii）,從左、右窗口讀數(shù)軸、軸，填入表格。六、記錄:序號(hào)望遠(yuǎn)鏡位置1望遠(yuǎn)鏡位置ii左游標(biāo)窗口®右游標(biāo)窗口（p、左游標(biāo)窗口©左游標(biāo)窗口（px123456七、數(shù)據(jù)處理：由公式 a = 180 0 = 180(% %) + (% % )可得：a = 180° -120.5°29' = 59.53 va2 =180°-12014* = 59.5 464=180°-12

11、0°01, = 59°59,4=180°-119°39, = 60°21,4=180°-120w = 59°54,所以 平均值刁=人+舛+4 +人+ 4= 59.5。56,測(cè)量不確定度"- ?x (x-x.廠 / = ! '59.5 3t-59.5 56'2 /+ 59.5°56'- 59.5°46'2 /+ 59.5°56' - 59°59*2 /+ 59.5°56'-60°21,2 /+ 59.5°56' - 59°54'0 4*所以 a = a±aa = 59.5°568* ± 0°4*八、預(yù)習(xí)思考題：1、分光計(jì)調(diào)整的基木要求是什么？答：平行光管出射平行光；望遠(yuǎn)鏡接收平行光（即望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)）； 經(jīng)過(guò)光學(xué)元件的光線構(gòu)成的平面應(yīng)與儀器的屮心轉(zhuǎn)軸垂直，即平行光管和望遠(yuǎn)鏡 的光軸與分光計(jì)的中心轉(zhuǎn)軸垂直，載物臺(tái)中軸線與中心轉(zhuǎn)軸重合。調(diào)節(jié)時(shí)耍先粗 調(diào)再細(xì)調(diào)。2、望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心轉(zhuǎn)軸不垂直時(shí)，應(yīng)