分光計的調(diào)節(jié)及棱鏡折射率的測量

1、分光計的調(diào)節(jié)及棱鏡折射率的測定 龍月通 2009294333分光計是一種可精確地測量入射與出射光線的角度的儀器，利用其測得角度可確定其它光學(xué)量，如折射率、色散率、譜線波長等。分光計是比較精密的儀器，構(gòu)造精細(xì)，調(diào)節(jié)技術(shù)要求較高，使用時必須嚴(yán)格按規(guī)則調(diào)節(jié)，才能得到較高精度的測量結(jié)果。【實驗?zāi)康摹? 了解分光計的結(jié)構(gòu)，掌握分光計的調(diào)節(jié)和使用方法。2 掌握測量棱鏡頂角的方法。3 用最小偏向角法測定棱鏡玻璃的折射率?！緝x器與用具】分光計，平面反射鏡，玻璃三棱鏡，照明裝置，汞燈（或鈉燈）等。圖4.4-1分光計主要由5個部分組成，即底座、望遠(yuǎn)鏡、載物平臺、準(zhǔn)直管和讀數(shù)盤，外型如圖4.4-1所示。1 底座它是

2、分光計的基座。中心軸線是分光計的轉(zhuǎn)軸，望遠(yuǎn)鏡、載物平臺和讀數(shù)盤可繞中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，準(zhǔn)直管裝在一個底腳的立柱上。2 自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡圖4.4-2圖4.4-2（a）為望遠(yuǎn)鏡示意圖。它由自準(zhǔn)目鏡、全反射直角棱鏡、分劃板（十字叉絲）、物鏡組成。常用的自準(zhǔn)目鏡有高斯式目鏡和阿貝式目鏡。實驗室的分光計大多采用阿貝式目鏡，就是在目鏡和分劃板之間裝有全反射直角棱鏡，直角棱鏡上刻有“十”字叉絲，從目鏡觀察，叉絲的一小部分被直角棱鏡擋住，呈現(xiàn)其陰影。目鏡筒套在安裝分劃板的套筒內(nèi)，調(diào)節(jié)圖4.4-1中所示的手輪8可改變目鏡和分劃板的距離。分劃板套筒又套在物鏡筒內(nèi)，前后移動分劃板套筒，可改變目鏡和分劃板相對于物鏡的距離。若在

3、物鏡前放一平面鏡，使平面鏡鏡面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直，且分劃板位于物鏡焦平面上時，則焦平面（分劃板）上發(fā)出的光（綠十字）經(jīng)物鏡后成平行光射于平面鏡，由平面鏡反射經(jīng)物鏡后在焦平面（分劃板）上形成綠十字反射像，如圖4.4-2（b）所示。望遠(yuǎn)鏡的傾斜度可用螺絲10調(diào)節(jié)，通過螺絲14使望遠(yuǎn)鏡與刻度盤相連，松開螺絲15，望遠(yuǎn)鏡可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。微調(diào)螺絲13能使望遠(yuǎn)鏡在小范圍內(nèi)微動。3載物平臺載物平臺套在儀器轉(zhuǎn)軸上，是用來放置待測物件的。平臺下面的3個螺絲19用來調(diào)節(jié)平臺的傾斜度。松開螺絲11，平臺可單獨繞軸旋轉(zhuǎn)或沿轉(zhuǎn)軸升降。擰緊螺絲11，載物平臺與游標(biāo)盤相連。松開螺絲18，微調(diào)螺絲17可使載物平臺和游標(biāo)盤同時微動

4、。4 準(zhǔn)直管圖4.4-3準(zhǔn)直管用來獲得平行光。準(zhǔn)直管的一端裝有物鏡，另一端是一套筒（圖4.4-3），套筒末端有一可變狹縫，狹縫寬度由螺絲1調(diào)節(jié)。前后移動狹縫套筒，可改變狹縫與物鏡的距離。當(dāng)狹縫位于物鏡的焦平面上時，準(zhǔn)直管發(fā)出平行光，調(diào)節(jié)螺絲20，可改變準(zhǔn)直管的傾斜度。5 讀數(shù)盤圖4.4-4讀數(shù)盤有內(nèi)外兩層，外層是主刻度盤，上面有03600的圓刻度，分度值為0.50。內(nèi)盤為游標(biāo)盤，有兩個相隔1800的角游標(biāo)，分度值為1。望遠(yuǎn)鏡的方位由刻度盤和游標(biāo)確定。為了消除刻度盤中心與儀器轉(zhuǎn)軸之間的偏心差，測量時，兩個游標(biāo)都應(yīng)讀數(shù)，然后算出每個游標(biāo)兩次讀數(shù)的差，再取平均值。角游標(biāo)的讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法

5、相似。如圖4.4-4所示的位置，其讀數(shù)為【實驗原理】1 棱鏡頂角的測量原理（1）用自準(zhǔn)法測定三棱鏡頂角只要測出三棱鏡兩個光學(xué)面的法線之間的夾角j，即可求得頂角。（2）用平行光法測定三棱鏡頂角圖4.4-5一束平行光被三棱鏡的兩個光學(xué)面反射后，只要測出兩束反射光之間的夾角j，即可求得頂角，如圖4.4-5所示。注意，放置三棱鏡時，應(yīng)使三棱鏡頂點靠近平臺中心。2 最小偏向角的測量原理圖4.4-6一束平行的單色光入射到三棱鏡的AB面，經(jīng)折射后由另一面AC射出，如圖4.4-6所示。入射光和AB面法線間的夾角i稱為入射角，出射光和AC面法線間的夾角i稱為出射角，入射角和出射角的夾角稱為偏向角D。可以證明，當(dāng)

6、入射角i等于出射角i時，入射光和出射光之間的夾角最小，稱為最小偏向角d?！緦嶒瀮?nèi)容】1 分光計的調(diào)節(jié)分光計的調(diào)節(jié)要求是：望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)；準(zhǔn)直管發(fā)出平行光；準(zhǔn)直管和望遠(yuǎn)鏡同軸并與分光計轉(zhuǎn)軸正交。調(diào)節(jié)時，首先用目視法進(jìn)行粗調(diào)，使望遠(yuǎn)鏡、準(zhǔn)直管和載物平臺大致垂直于分光計轉(zhuǎn)軸，然后按下述步驟和方法進(jìn)行細(xì)調(diào)。（1）用自準(zhǔn)法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)1）目鏡視度的調(diào)節(jié)。點亮目鏡照明小燈，轉(zhuǎn)動目鏡視度調(diào)節(jié)手輪8，使從目鏡中能清晰地看到分劃板上的黑十字叉絲。2）平面鏡輕輕貼住望遠(yuǎn)鏡鏡筒，使平面鏡與望遠(yuǎn)鏡主軸基本垂直，前后移動分劃板套筒，直至從目鏡視場中觀察到反射回的綠十字像清晰，且綠十字像與分劃板上的叉絲間無

7、視差，則望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)。（2）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡主軸垂直于儀器轉(zhuǎn)軸 圖4.4-7 圖4.4-81）為了方便調(diào)節(jié)，將分劃板套筒順時針轉(zhuǎn)動900，使目鏡視場變?yōu)閳D4.4-7所示。2）平面鏡按圖4.4-8置于載物平臺上，轉(zhuǎn)動載物平臺，使鏡面與望遠(yuǎn)鏡主軸大致垂直，從目鏡中觀察由平面鏡反射回的綠十字像。一般，由于置于載物臺上的平面鏡與望遠(yuǎn)鏡不能互相垂直，所以不能一下子觀察到反射綠十字像。輕輕轉(zhuǎn)動載物平臺，使鏡面旋轉(zhuǎn)一個小角度，從望遠(yuǎn)鏡外側(cè)用眼睛觀察從平面鏡反射回的綠十字像，適當(dāng)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和載物平臺的傾斜度，直到轉(zhuǎn)動載物平臺時，從目鏡中能觀察到反射回的綠十字像。3）通常，綠十字像水平線和分劃板調(diào)整叉絲水平線（

8、圖4.4-7）不重合，可采用調(diào)節(jié)法來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的水平調(diào)節(jié)螺絲10，使兩者水平線的差距減少一半；調(diào)節(jié)載物平臺下的調(diào)節(jié)螺絲a或b，使兩者水平線重合。4）將載物平臺旋轉(zhuǎn)1800，重復(fù)步驟3）。這樣反復(fù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到平面鏡的任何一面正對望遠(yuǎn)鏡時，綠十字像與分劃板調(diào)整叉絲兩者水平線都重合，說明望遠(yuǎn)鏡主軸與平面鏡的兩個面都垂直，則望遠(yuǎn)鏡主軸垂直于儀器轉(zhuǎn)軸。（3）調(diào)節(jié)分劃板上十字叉絲水平與垂直。轉(zhuǎn)動載物平臺，從目鏡中觀察綠十字像是否沿叉絲水平線平行移動，若不平行，則可轉(zhuǎn)動分劃板套筒使其平行（注意不要破壞望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦）。至此，望遠(yuǎn)鏡已調(diào)節(jié)好，可作為基準(zhǔn)進(jìn)行其他調(diào)節(jié)。（4）調(diào)節(jié)準(zhǔn)直管發(fā)出平行光且準(zhǔn)直管主軸

9、與轉(zhuǎn)軸垂直1）將已點亮的汞燈置于狹縫前，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，從目鏡中觀察到狹縫的像，前后移動狹縫套筒，改變狹縫與準(zhǔn)直管之間的距離，使狹縫像最清晰，此時準(zhǔn)直管即發(fā)出平行光。2）轉(zhuǎn)動狹縫套筒，使狹縫呈水平，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直管的水平調(diào)節(jié)螺絲20，使狹縫像與測量用叉絲水平線重合，則準(zhǔn)直管與望遠(yuǎn)鏡共軸，即準(zhǔn)直管主軸與儀器轉(zhuǎn)軸垂直。為了用于測量，轉(zhuǎn)回狹縫套筒，使狹縫豎直放置，復(fù)查狹縫像是否清晰，如不清晰，按1）中要求調(diào)節(jié)。至此，分光計調(diào)節(jié)完畢。2 三棱鏡頂角的測定圖4.4-9（1）待測三棱鏡的調(diào)整。為了測量準(zhǔn)確，需調(diào)節(jié)三棱鏡主截面垂直于儀器轉(zhuǎn)軸。將三棱鏡放置在載物平臺上，使三棱鏡的一光學(xué)面AB與調(diào)節(jié)螺絲a和b的連線垂直，

10、如圖4.4-9所示。轉(zhuǎn)動載物平臺，使三棱鏡AB面正對望遠(yuǎn)鏡，調(diào)節(jié)a和b（望遠(yuǎn)鏡已調(diào)節(jié)好，不能再調(diào)），使AB面與望遠(yuǎn)鏡主軸垂直，再轉(zhuǎn)動載物平臺，使AC面正對望遠(yuǎn)鏡，調(diào)節(jié)螺絲c，使AC面與望遠(yuǎn)鏡主軸垂直。反復(fù)調(diào)節(jié)，直至三棱鏡兩折射面均與望遠(yuǎn)鏡主軸垂直，則三棱鏡的主截面垂直于儀器轉(zhuǎn)軸。（2）用反射法測定三棱鏡的頂角。按圖4.4-5將待測棱鏡放置于載物平臺上，使棱鏡的頂角對準(zhǔn)準(zhǔn)直管。轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，觀察由準(zhǔn)直管射出的平行光經(jīng)棱鏡的兩個工作面上反射的狹縫像，然后將望遠(yuǎn)鏡分別轉(zhuǎn)至T1、T2位置，使分劃板上的叉絲中間豎線對準(zhǔn)狹縫像的中心，記下望遠(yuǎn)鏡的位置讀數(shù)。重復(fù)5次，求出棱鏡頂角。3 測量最小偏向角（1）用汞

11、燈照亮狹縫，將已知頂角A的棱鏡放置于載物平臺上，相對位置如圖4.4-6所示。（2）轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡至T位置，使能清楚地看到汞燈經(jīng)棱鏡色散后所形成的光譜。緩慢轉(zhuǎn)動載物平臺，使譜線往偏向角減小的方向移動，用望遠(yuǎn)鏡跟蹤譜線觀察（如對準(zhǔn)汞的綠譜線）。當(dāng)載物平臺轉(zhuǎn)至某一位置，該譜線不再移動，如繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動載物平臺，可看到譜線反而往相反方向移動，即偏向角變大。這個轉(zhuǎn)折位置即為最小偏向角位置。（3）反復(fù)試驗，找出譜線反向移動的確切位置。固定載物平臺，微動望遠(yuǎn)鏡，使叉絲中間豎線對準(zhǔn)譜線中心，記錄望遠(yuǎn)鏡在T位置的讀數(shù)q和q。（4）轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡至T0位置，使叉絲中間豎線對準(zhǔn)白色的狹縫中心（即入射光方向），記錄讀數(shù)q0和q0。（5）分別對不同譜線進(jìn)行測量，按公式求出最小偏向角d。（6）將測出的三棱鏡頂角A和最小偏向角d代入公式求出棱鏡玻璃的折射率n。【數(shù)據(jù)表格】106.5211670106.520166.5272270286