分光儀的調(diào)整及應(yīng)用

1、北航物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告專題:分光儀的調(diào)整及其應(yīng)用第一作者：陳凱學(xué)號：10031074班級：100323班第二作者：劉漢鵬學(xué)號：59000225班級：100323班目錄目錄2摘要 錯誤 !未定義書簽。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?錯誤 !未定義書簽。二、實(shí)驗(yàn)原理與步驟 錯誤 !未定義書簽。1、分光儀的調(diào)整 32、三棱鏡頂角的測量（反射法） 43、棱鏡折射率的測量（最小偏向角法）.：4三、實(shí)驗(yàn)儀器 5四、數(shù)據(jù)記錄與處理 ：5五、討論與總結(jié) ：9摘要：分光儀是分光測角儀的簡稱，它能較精確地測量平行光線 的偏轉(zhuǎn)角度。借助它并利用反射、折射、衍射等物理現(xiàn)象，可完成全 偏振角、晶體折射率、光波波長等物理量的測量，其用途十

2、分廣泛。 近代攝譜儀，單色儀等精密光學(xué)儀器也都是在分光儀的基礎(chǔ)上發(fā)展而 成的。本文主要討論分光儀調(diào)整及其應(yīng)用的過程中實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、誤差分析及實(shí)驗(yàn)總結(jié)等問題。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解分光儀的構(gòu)造及其主要部件的作用；2. 學(xué)習(xí)并掌握分光儀的調(diào)節(jié)原理與調(diào)節(jié)方法；3. 掌握自準(zhǔn)直法和主次逼近調(diào)節(jié)法，鞏固消視差技術(shù);4. 學(xué)會用反射法測量三棱鏡的頂角。二、實(shí)驗(yàn)原理與步驟1. 分光儀的調(diào)節(jié)原理（1）根據(jù)自準(zhǔn)直原理，當(dāng)叉絲位于物鏡焦平面時(shí)，叉絲與小十字 刻線的反射像共面，即綠十字與叉絲無視差，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮 遠(yuǎn)。（2）若望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于平面及反射鏡鏡面， 且平面鏡鏡面與儀 器主軸平行，則望遠(yuǎn)鏡

3、光軸必垂直于儀器主軸，此時(shí)若將載物臺儀器 主軸旋轉(zhuǎn)180，使平面鏡另一面對準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡光軸仍將垂直于平面鏡（3）使平行光管產(chǎn)生平行光，當(dāng)被光所照明的狹縫剛好位于透鏡 的焦平面時(shí)，平行光管射出平行光；調(diào)節(jié)平行光管光軸與儀器主軸垂 直，望遠(yuǎn)鏡光軸與平行光管平行。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）粗調(diào)，調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)螺釘，使望遠(yuǎn)鏡居支架中央，并目測調(diào) 節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺釘，使光軸大致與主軸垂直，調(diào)節(jié)載物臺下方3個螺 釘外伸部分等長，使平臺平面大致與主軸垂直。（2）調(diào)整望遠(yuǎn)鏡，在載物平臺上放置平面反射鏡，調(diào)節(jié)目鏡，改 變目鏡與叉絲分化板之間的距離，直至看清分化板上的雙十字形叉 絲。旋轉(zhuǎn)載物臺，改變平面反射鏡沿水平方向的方

4、位，直至在旋轉(zhuǎn)載 物臺的過程中，總可以在某一位置通過目鏡看到一個綠色十字。（3）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器光軸垂直，使得平面鏡繞主軸旋轉(zhuǎn) 180度，綠色小十字始終都落在上叉絲中心為止。（4）平行光管的調(diào)整，將已調(diào)好的望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)平行光管，擰動狹 縫寬度調(diào)節(jié)手輪，打開狹縫，松開狹縫套筒鎖緊螺釘，前后移動狹縫 套筒，當(dāng)在已調(diào)焦無窮遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡目鏡中無視差地看到邊緣清晰的狹 縫像時(shí)，平行光管即發(fā)出平行光。2. 三棱鏡的測量原理（反射法）反射法測三棱鏡頂角必須使望遠(yuǎn)鏡的光軸旋轉(zhuǎn)平面垂直于待測頂 角A的兩個光學(xué)平面AB AC0 =A4_+ig）'> A=0 /2為了消除偏心差的影響，采用對徑法讀數(shù)，

5、左邊游標(biāo)開始時(shí)讀數(shù)為一, 右邊讀數(shù)為一當(dāng)望遠(yuǎn)鏡或載物臺轉(zhuǎn)過某一角度后，左邊游標(biāo)讀數(shù)二， 右邊'I,可以由左邊的讀數(shù)得到其轉(zhuǎn)角：=_-_,由右邊讀數(shù)得到其 轉(zhuǎn)角-'_=-；_，然后取其平均， = I -1 - 1-11.棱鏡折射率的測量（最小偏向角法）如圖所示，測出棱鏡的最小偏向角二，可以導(dǎo)出:sin三、實(shí)驗(yàn)儀器分光儀，屏幕反射鏡，三棱鏡，鈉光及電源四、原始數(shù)據(jù)與處理1三棱鏡頂角的測量編號12345%3600'30020'25035'1908'14056'氏180°2'12018'7041'1011'

6、;3212'%2402'18022'130317012'2055'民601'019'31029'2507'20059'e11959'11958'1200'1208'1202'A595930'59590'6040'600060 1'''其中" A=;根據(jù)實(shí)際測量的數(shù)值，的表 達(dá)式可 能進(jìn)行調(diào)整，將A的單位化為度，則有：44A59.992°59.983°60.067°60.00060.0176

7、0.012計(jì)算A的不確定度:宀、；-=0.0835游標(biāo)盤的準(zhǔn)確度為1'貝S其誤差限為1,故：60=0.0096則.：亠=0.08： 最終結(jié)果可以表示為:為土 pU) = 60.01°+ 0.0832.棱鏡折射率的測量1234529245'26130'215 '0180 42'52 30'11250'8130'3530'039'132 29'34345'31228'26637'23141'10331'16350'13227'86 '15

8、136'283 32'5510'5057'519'5056'512'其中'=T . 一 ，.，【或.h| |二.-；| 一L - 3|.將1單位改為度并求其平均值:雖s51.0°50.958°51.150°50.952°51.033口51.066=sin其中A由前一實(shí)驗(yàn)測得：A淚r 口站-一 帶入數(shù)據(jù)得：n=1.65=0.03711F面計(jì)算：的不確定度:旳=早=0.0096V3由曲-二.所以）i帥j -故“山+V.心）14 =0.08°fS +_ AA . /(5 -F jcos

9、(2)£in 至一 cos 2 sin | 廠'p.0682UC5) = 0.03 8qS+ACOS c20.022c + A2 sin-=0.07- ,計(jì)算n的不確定度分量:折射率的最終結(jié)果為n二-.一 Lu .五、討論與總結(jié)1. 誤差分析本實(shí)驗(yàn)誤差來源主要如下：(1) 實(shí)驗(yàn)環(huán)境為光線較暗的封閉實(shí)驗(yàn)室，所以儀器調(diào)整、現(xiàn)象觀察、 數(shù)據(jù)記錄都比較容易出差錯，長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)更是容易使人眼睛 疲勞，造成讀數(shù)誤差；(2) 光學(xué)儀器固然精密，但仍免不了儀器本身給實(shí)驗(yàn)帶來的誤差， 例如讀數(shù)轉(zhuǎn)盤的齒輪間隙就可能給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來誤差。2. 實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)我認(rèn)為本次實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于分光儀的調(diào)整，因?yàn)槟芊裾{(diào)

10、整好直接 影響到后面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。其中調(diào)好是指滿足兩個條件：入射光與出射 光均為平行光；入射光與刻度盤平面平行，但出射光未調(diào)至與刻度盤 平面平行。需要分別先后調(diào)整自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡和平行光管， 這一過程需 要一直通過接目鏡觀察現(xiàn)象，由于需要慢慢調(diào)節(jié)并且耗費(fèi)眼力所以需 要有耐心，這樣才能調(diào)節(jié)成功。3. 實(shí)驗(yàn)感想感覺這次實(shí)驗(yàn)在光學(xué)中算比較難的，整個實(shí)驗(yàn)過程一刻也沒有松 懈，做得比較累，即使實(shí)驗(yàn)之前預(yù)習(xí)了本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)前也有認(rèn)真 聽老師講解實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，但實(shí)驗(yàn)開始后，真動起手來才感覺到實(shí)驗(yàn)不好 做，首先載物臺的調(diào)節(jié)要用三顆調(diào)節(jié)螺絲， 方法不對的話可能很長時(shí) 間都不能調(diào)好自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，必須嚴(yán)格按照粗調(diào)、調(diào)整望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)、調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器主軸垂直這幾個順序，并且每一步都 要盡量做好，這樣下一步才更好做。調(diào)節(jié)的難度大概和邁克爾遜干涉 儀的調(diào)整相當(dāng)。實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)老師給與了我很多幫助， 包括耐心細(xì) 致的指導(dǎo)，親手操作演示，讓我在遇到困難時(shí)能很快解決，節(jié)約了時(shí) 間。最后，第三個實(shí)驗(yàn)中不確定度的計(jì)算方法也讓我收獲不小，