分光計調(diào)節(jié)及棱鏡玻璃折射率的測定

1、分光計調(diào)節(jié)及棱鏡玻璃折射率的測定光線在傳播過程中，遇到不同介質(zhì)的分界面時，會發(fā)生反射和折射，光線將改變傳播的方向，結(jié)果在入射光與反射光或折射光之間就存在一定的夾角。通過對某些角度的測量，可以測定折射率、光柵常數(shù)、光波波長、色散率等許多物理量。因而精確測量這些角度，在光學實驗中顯得十分重要。? 分光計是一種能精確測量上述要求角度的典型光學儀器，經(jīng)常用來測量材料的折射率、色散率、光波波長和進行光譜觀測等。由于該裝置比較精密，控制部件較多而且操作復雜，所以使用時必須嚴格按照一定的規(guī)則和程序進行調(diào)整，方能獲得較高精度的測量結(jié)果。分光計的調(diào)整思想、 方法與技巧， 在光學儀器中有一定的代表性， 學會對它的

2、調(diào)節(jié)和使用方法，有助于掌握操作更為復雜的光學儀器。 對于初次使用者來說，往往會遇到一些困難。 但只要在實驗調(diào)整觀察中， 弄清調(diào)整要求， 注意觀察出現(xiàn)的現(xiàn)象，并努力運用已有的理論知識去分析、 指導操作， 在反復練習之后才開始正式實驗，一般也能掌握分光計的使用方法，并順利地完成實驗任務。【實驗目的】：1了解分光計的結(jié)構(gòu)，掌握調(diào)節(jié)和使用分光計的方法；2掌握測定棱鏡角的方法；3用最小偏向角法測定棱鏡玻璃的折射率。【實驗儀器】：分光計（ JJY 型 1），雙面鏡，鈉燈，三棱鏡?！緦嶒炘怼浚? 三棱鏡如圖 1 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，

3、稱為三棱鏡的底面。圖 1 三棱鏡示意圖? 1 反射法測三棱鏡頂角如圖 2 所示，一束平行光入射于三棱鏡，經(jīng)過AB面和 AC面反射的光線分別沿和方位射出，和方向的夾角記為，由幾何學關系可知：?圖 2 反射法測頂角2最小偏向角法測三棱鏡玻璃的折射率假設有一束單色平行光 LD 入射到棱鏡上，經(jīng)過兩次折射后沿 ER方向射出，則入射光線 LD 與出射光線 ER間的夾角 稱為偏向角，如圖 3 所示。?圖 3 最小偏向角的測定轉(zhuǎn)動三棱鏡，改變?nèi)肷涔鈱鈱W面AC的入射角，出射光線的方向ER也隨之改變，即偏向角 發(fā)生變化。沿偏向角減小的方向繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動三棱鏡，使偏向角逐漸減小；當轉(zhuǎn)到某個位置時， 若再繼續(xù)沿此方

4、向轉(zhuǎn)動， 偏向角又將逐漸增大，此位置時偏向角達到最小值，測出最小偏向角 。可以證明棱鏡材料的折射率與頂角 及最小偏向角的關系式為實驗中，利用分光鏡測出三棱鏡的頂角及最小偏向角，即可由上式算出棱鏡材料的折射率?！緦嶒灢襟E與內(nèi)容】：1分光計的調(diào)整（分光計結(jié)構(gòu)如右圖所示）? 在進行調(diào)整前，應先熟悉所使用的分光計中下列螺絲的位置：? 目鏡調(diào)焦 ( 看清分劃板準線 ) 手輪； 望遠鏡調(diào)焦 ( 看清物體 ) 調(diào)節(jié)手輪( 或螺絲 ) ；調(diào)節(jié)望遠鏡高低傾斜度的螺絲； 控制望遠鏡 ( 連同刻度盤 ) 轉(zhuǎn)動的制動螺絲； 調(diào)整載物臺水平狀態(tài)的螺絲； 控制載物臺轉(zhuǎn)動的制動螺絲； 調(diào)整平行光管上狹縫寬度的螺絲； 調(diào)整平

5、行光管高低傾斜度的螺絲； 平行光管調(diào)焦的狹縫套筒制動螺絲。(1) 目測粗調(diào)。將望遠鏡、載物臺、平行光管用目測粗調(diào)成水平，并與中心軸垂直 ( 粗調(diào)是后面進行細調(diào)的前提和細調(diào)成功的保證 ) 。(2) 用自準法調(diào)整望遠鏡，使其聚焦于無窮遠。調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦手輪 , 直到能夠清楚地看到分劃板" 準線 " 為止。?接上照明小燈電源，打開開關，可在目鏡視場中看到如圖4 所示的“準線”和帶有綠色小十字的窗口。?圖 4 目鏡視場? 將雙面鏡按圖 5 所示方位放置在載物臺上。 這樣放置是出于這樣的考慮：若要調(diào)節(jié)平面鏡的俯仰，只需要調(diào)節(jié)載物臺下的螺絲a1 或 a2 即可，而螺絲 a3 的調(diào)節(jié)與平面

6、鏡的俯仰無關。圖 5 平面鏡的放置? 沿望遠鏡外側(cè)觀察可看到平面鏡內(nèi)有一亮十字，輕緩地轉(zhuǎn)動載物臺，亮十字也隨之轉(zhuǎn)動。 但若用望遠鏡對著平面鏡看， 往往看不到此亮十字， 這說明從望遠鏡射出的光沒有被平面鏡反射到望遠鏡中。我們?nèi)詫⑼h鏡對準載物臺上的平面鏡， 調(diào)節(jié)鏡面的俯仰， 并轉(zhuǎn)動載物臺讓反射光返回望遠鏡中， 使由透明十字發(fā)出的光經(jīng)過物鏡后 （此時從物鏡出來的光還不一定是平行光），再經(jīng)平面鏡反射，由物鏡再次聚焦，于是在分劃板上形成模糊的像斑（注意：調(diào)節(jié)是否順利，以上步驟是關鍵）。然后先調(diào)物鏡與分劃板間的距離，再調(diào)分劃板與目鏡的距離使從目鏡中既能看清準線， 又能看清亮十字的反射像。注意使準線與亮十

7、字的反射像之間無視差， 如有視差，則需反復調(diào)節(jié)，予以消除。如果沒有視差，說明望遠鏡已聚焦于無窮遠。? (3) 調(diào)整望遠鏡光軸，使之與分光計的中心軸垂直。? 平行光管與望遠鏡的光軸各代表入射光和出射光的方向。為了測準角度，必須分別使它們的光軸與刻度盤平行?？潭缺P在制造時已垂直于分光計的中心軸。因此，當望遠鏡與分光計的中心軸垂直時，就達到了與刻度盤平行的要求。具體調(diào)整方法為： 平面鏡仍豎直置于載物臺上， 使望遠鏡分別對準平面鏡前后兩鏡面，利用自準法可以分別觀察到兩個亮十字的反射像。 如果望遠鏡的光軸與分光計的中心軸相垂直， 而且平面鏡反射面又與中心軸平行， 則轉(zhuǎn)動載物臺時，從望遠鏡中可以兩次觀察到

8、由平面鏡前后兩個面反射回來的亮十字像與分劃板準線的上部十字線完全重合，如圖 6（ c）所示。若望遠鏡光軸與分光計中心軸不垂直，平面鏡反射面也不與中心軸相平行， 則轉(zhuǎn)動載物臺時， 從望遠鏡中觀察到的兩個亮十字反射像必然不會同時與分劃板準線的上部十字線重合， 而是一個偏低，一個偏高，甚至只能看到一個。這時需要認真分析，確定調(diào)節(jié)措施，切不可盲目亂調(diào)。 重要的是必須先粗調(diào)： 即先從望遠鏡外面目測， 調(diào)節(jié)到從望遠鏡外側(cè)能觀察到兩個亮十字像； 然后再細調(diào)： 從望遠鏡視場中觀察， 當無論以平面鏡的哪一個反射面對準望遠鏡， 均能觀察到亮十字時， 如從望遠鏡中看到準線與亮十字像不重合，它們的交點在高低方面相差一

9、段距離如圖 6(a) 所示。 ?此時調(diào)整望遠鏡高低傾斜螺絲使差距減小為 h/2 ，如圖 6(b) 所示。再調(diào)節(jié)載物臺下的水平調(diào)節(jié)螺絲，消除另一半距離，使準線的上部十字線與亮十字線重合，如圖6(c)所示。之后，再將載物臺旋轉(zhuǎn) 180o ，使望遠鏡對著平面鏡的另一面，采用同樣的方法調(diào)節(jié)。 如此反復調(diào)整， 直至轉(zhuǎn)動載物臺時， 從平面鏡前后兩表面反射回來的亮十字像都能與分劃板準線的上部十字線重合為止。 這時望遠鏡光軸和分光計的中心軸相垂直，常稱這種方法為逐次逼近各半調(diào)整法。圖 6 亮十字像與分劃板準線的位置關系? （4）調(diào)整平行光管? 用前面已經(jīng)調(diào)整好的望遠鏡調(diào)節(jié)平行光管。當平行光管射出平行光時，則狹

10、縫成像于望遠鏡物鏡的焦平面上， 在望遠鏡中就能清楚地看到狹縫像， 并與準線無視差。? 調(diào)整平行光管產(chǎn)生平行光。取下載物臺上的平面鏡，關掉望遠鏡中的照明小燈，用鈉燈照亮狹縫， 從望遠鏡中觀察來自平行光管的狹縫像， 同時調(diào)節(jié)平行光管狹縫與透鏡間的距離， 直至能在望遠鏡中看到清晰的狹縫像為止， 然后調(diào)節(jié)縫寬使望遠鏡視場中的縫寬約為 1mm。? 調(diào)節(jié)平行光管的光軸與分光計中心軸相垂直。望遠鏡中看到清晰的狹縫像后，轉(zhuǎn)動狹縫（但不能前后移動）至水平狀態(tài)，調(diào)節(jié)平行光管傾斜螺絲，使狹縫水平像被分劃板的中央十字線上、下平分，如圖7(a) 所示。這時平行光管的光軸已與分光計中心軸相垂直。 再把狹縫轉(zhuǎn)至鉛直位置，

11、并需保持狹縫像最清晰而且無視差，位置如圖 7(b) 所示。圖 7 狹縫像與分劃板位置? 至此分光計已全部調(diào)整好，使用時必須注意分光計上除刻度圓盤制動螺絲及其微調(diào)螺絲外， 其它螺絲不能任意轉(zhuǎn)動， 否則將破壞分光計的工作條件， 需要重新調(diào)節(jié)。? 2. 測量? 在正式測量之前，請先弄清你所使用的分光計中下列各螺絲的位置：控制望遠鏡（連同刻度盤）轉(zhuǎn)動的制動螺絲；控制望遠鏡微動的螺絲。?(1) 用反射法測三棱鏡的頂角? 如圖 2 所示，使三棱鏡的頂角對準平行光管，開啟鈉光燈，使平行光照射在三棱鏡的 AC、AB面上，旋緊游標盤制動螺絲，固定游標盤位置，放松望遠鏡制動螺絲，轉(zhuǎn)動望遠鏡（連同刻度盤）尋找 AB

12、面反射的狹縫像，使分劃板上豎直線與狹縫像基本對準后， 旋緊望遠鏡螺絲， 用望遠鏡微調(diào)螺絲使豎直線與狹縫完全重合，記下此時兩對稱游標上指示的讀數(shù)、。轉(zhuǎn)動望遠鏡至 AC面進行同樣的測量得、。可得三棱鏡的頂角為重復測量三次取平均。(2) 棱鏡玻璃折射率的測定? 分別放松游標盤和望遠鏡的制動螺絲，轉(zhuǎn)動游標盤（連同三棱鏡）使平行光射入三棱鏡的 AC面，如圖 3 所示。轉(zhuǎn)動望遠鏡在 AB面處尋找平行光管中狹縫的像。然后向一個方向緩慢地轉(zhuǎn)動游標盤 （連同三棱鏡） 在望遠鏡中觀察狹縫像的移動情況， 當隨著游標盤轉(zhuǎn)動而向某個方向移動的狹縫像， 正要開始向相反方向移動時，固定游標盤。輕輕地轉(zhuǎn)動望遠鏡， 使分劃板上豎直線與狹縫像對準，記下兩游標指示的讀數(shù)，記為 、 ；然后取下三棱鏡，轉(zhuǎn)動望遠鏡使它直接對準平行光管， 并使分劃板上豎直線與狹縫像對準， 記下對稱的兩游標指示的讀數(shù)，記為、，可得重復測量三次求平均。用上式求出棱鏡的折射。列表記錄所有的數(shù)據(jù)，表格自擬?！咀⒁馐马棥浚? 望遠鏡、 平行光管上的鏡頭， 三棱鏡、平面鏡的鏡面不能用手摸、 揩。如發(fā)現(xiàn)有塵埃時，應該用鏡頭紙輕輕揩擦。三棱鏡、平面鏡不準磕碰或跌落，以免損壞。2 分光計是較精密的光學儀器，要加倍愛護， 不應在制動螺絲鎖緊時強行轉(zhuǎn)動望遠鏡，也不要隨意擰動狹縫。3 在測量數(shù)據(jù)前務須檢查分光計