清華大學分光計實驗報告

1、大學物理實驗報告分光計的調(diào)節(jié)和色散曲線的測定圖I.分克計翳構(gòu)示憊圖分光計外形如圖1實驗名稱：分光計的調(diào)節(jié)和色散曲線的測定【實驗目的】(1) 了解分光計的原理與構(gòu)造，學會調(diào)節(jié)分光計;(2) 用最小偏向角法測定玻璃折射率；(3) 掌握三棱鏡頂角的兩種測量方法。、分光計的調(diào)節(jié)及其原理(1)分光計的主要裝置：望遠鏡，小平臺，度盤，平行光管氦光譜管主要配件：三棱鏡，平面鏡Wtt* 8塑遠悅9.緊円螺 訂16分劃極11.9鏡曲 調(diào)焦手輪 12 聲遠鏡傾斜度 調(diào)節(jié)蝠釘13.堡遠鏡咒怕水平 碉節(jié)妬盯L4戍臂 坊朝林 圓臨微調(diào)螺釘17,制動架18. 戰(zhàn)遠筑制功螺釘掘物臺；5載物臺&載物臺 關(guān)平嫦釘

2、63;3只7.®臺緊圓刻度盤：16.誼數(shù)刻度盤制 動螺釘N1.讀數(shù)餌度盤22. 游標盤24.游標握微調(diào)熾釘25 游標盤制就螺句平1”婭 2.gPi螺訂3.乎彳亍尤曾26.平行 尤皆光軸木平飼廿螺釘27. 平肴光管懶蚪度調(diào)節(jié)握暫28. 狹縫述度調(diào)節(jié)手蚯只它：4制動架19底座20, 轉(zhuǎn)座23(2)分光計的調(diào)節(jié)先進行粗調(diào)，通過自己的感覺，調(diào)整使得望遠鏡，小平臺，平行光管與度盤 平面平行，且小平臺高度應與望遠鏡和平行光管下部齊平 (為使得之后三棱鏡放 置位置合適，能夠折射平行光管發(fā)出的光)粗調(diào)好后望遠鏡的調(diào)節(jié)：望遠鏡部構(gòu)造如圖21. 接通圖1-10下方小燈，從望遠鏡目鏡觀察圖 2-6處出現(xiàn)綠

3、光，調(diào)節(jié)圖2-7 裝置使得能看清圖2-3中“”形目淮望遠鎮(zhèn)的皓絢1平面概2棚ft玄*形分劃板4入射光5十瞬叉玆色小按穗?yún)[目境生十瞬反射偉2. 往小平臺上放置一個平面鏡正對望遠鏡物鏡且與載物臺調(diào)平螺釘中的兩個的 連線平行，微微調(diào)節(jié)圖1-14 找到較強綠光閃現(xiàn)位置，調(diào) 節(jié)1-12裝置使得該綠光出 現(xiàn)在視野中央，調(diào)節(jié)1-9裝 置使得其成像清晰，如圖2-8所示，再調(diào)1-12將其置于2-8所處位置并調(diào)整1-9使其消除視差。此時望 遠鏡已經(jīng)適于觀察平行光。細調(diào)望遠鏡丄分光計主軸將小平臺旋轉(zhuǎn)180。后捕捉到另一個2-8所示的像，但是此時該像并不 在2-8所處位置（若還在該位置，則此時小平臺和望遠鏡丄分光計主

4、軸），此 時先調(diào)節(jié)小平臺連線與平面鏡平行的螺釘，使像與目標位置距離縮短與目標 位置距離的一半，再通過調(diào)節(jié)1-9使其達到目標位置；再將小平臺旋轉(zhuǎn)180。， 重復上述操作，直至像始終在 2-8位置。此時望遠鏡丄分光計主軸。調(diào)節(jié)平行光管1. 調(diào)節(jié)平行光管發(fā)出平行光通過望遠鏡觀察平行光管，調(diào)節(jié)1-28使得狹縫像應是一條輪廓清楚的窄 長條，而不是邊緣模糊的亮條；狹縫像應與叉絲無視差；狹縫寬度應合適， 實驗中縫像約1 mm寬即可。2. 調(diào)節(jié)平行光管光軸丄分光計主軸調(diào)節(jié)平行光管的調(diào)水平螺釘，使狹縫像被叉絲中心線平分，平行光管也就垂直于分光計主軸了三棱鏡兩光學面法線垂直于分光計主軸先粗調(diào)小平臺使之平行于度盤平

5、面再以三棱鏡一條邊垂直兩個螺釘連線的方位放置三棱鏡于小平臺，通過望遠鏡對準其中一個光學面觀察 2-8的像，調(diào)節(jié)小平臺螺釘使之回到 2-8位 置，在旋轉(zhuǎn)小平臺，對準另一個光學面重復上述操作，如此重復，直到兩個 光學面都使像到達2-8位置。®刻度盤度盤垂直于分光計的主軸且可繞主軸轉(zhuǎn)動，為消 除偏心差，采用了兩個位置 相差180°的游標讀數(shù)?？?度盤的分度值為0.5 °，0.5 °以下則用游標來讀 數(shù)。游標的最小分度值為1'氦光譜管氦光譜管是將稀薄的氦氣封閉在玻璃管制成。管得兩端各裝一個電極，兩電 極間加高電壓后產(chǎn)生放電并且發(fā)光，通過三棱鏡分光可得到氦

6、的線光譜。波長表波長447.1471.3492.2501.6587.6667.8706.6顏色藍紫藍1藍藍綠淺綠黃大紅暗紅1、最小偏向角法測折射率入射光和出射光之間的夾角最小時， 入射角與 出射角大小相等。由幾何原理及折射定律可得棱鏡 玻璃的折射率n為：操作：將三棱鏡側(cè)放于小平臺，使得入射光方向如i，在另一個光學面i'方向通過肉眼觀察到平行光管出射鏡口，鏡口中有9條譜線，用手指在鏡口與三棱鏡之間輕輕擋住（不能觸摸），譜線消失（排除其他人實驗的干擾） 換成望遠鏡觀察這些譜線。轉(zhuǎn)動小平臺，當棱鏡轉(zhuǎn)到某個位置時，譜線不再 移動，繼續(xù)使棱鏡沿原方向轉(zhuǎn)動時，譜線反而向相反方向移動，即偏向角反 而

7、變大，這個轉(zhuǎn)折位置就是最小偏向角位置。檢查確認后，測出此時出射光 的方位，與入射光方位相減得到該譜線的最小偏向角。三、三棱鏡頂角測量原理1、自準法測三棱鏡頂角由圖可知，只要測出三棱鏡兩個光學面的法 線之間的夾角，即可求得頂角。操作：用望遠鏡正對一個光學面，觀察到2-8 位置處像，記錄位置，在另一個光學面重復該操 作，兩個位置只差即為2、平行光管法測三棱鏡頂角一束平行光被三棱鏡的兩個光學面反射后，只要測出兩束反射光之間的夾角，即可求得頂角【實驗數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理】1. 實驗條件：曾毅強 座位號：15三棱鏡編號：15 儀=1入射光方位:10 = 3045'20= 1244'2.實驗數(shù)據(jù)

8、用自準法測量三棱鏡定角 A的數(shù)據(jù)記錄表:測量序號123游標I游標U游標I游標U游標I游標U187518519199第一位置Ti740'40'19'18'41'40'247672456525979第二位置T245'45'24'22'45'43'i1T211911911911911911955'55'55'56'56'57'(111 )/2?11955'11956'11957'計算AI |1Z + 12F二 1AM! - 5（廿）色

9、=2. 45*則6總二5儀）行（5隨）一匕備_ 1對三次的 取平均，得 =11956'，因此三棱鏡頂角 A=2 =604' 士 2. 65 “測量最小偏向角的數(shù)據(jù)記錄表:氦譜線波長/nm1211 1022 20(12)/2(A )/2n.Asin/sin2A225070535352447.15320.5 '1.668345'43'20'21'42.25 '25171525256471.35245'1.662821 '18'44'46'24.5 '251715252492.25222&

10、#39;5613'1.659043'42'22'22'501.62517152525213'568.5 '1.657751 '52'13'13'25373515155587.62'1'3'3'513'33.5 '1.646325373505055667.839'39'26'25'5025.5 '14.75 '1.640025373505055706.652'50'13'14'501

11、3.5 '8.75 '1.6380sx = Pl Sl隨=加右（其中v=n-1=1）勺總=+ （制jn sin A sin A2 / 26 iTdln n 廠（Mdn ndA字y+（盯學。呀n（1）取實驗中一組數(shù)據(jù)（黃光） 513'A=604'代入，有n =0.00083n=1.646253793 得 n =0.0014 故n可取4位有效數(shù)字故 n=1.64630.0014 （黃光）；1,，1屮|屮"piL J4 rim 110124576 必"!一9%1心勺扁4曲圧丁嗆;上沁ibi y4w t 略苗豁Z丄UM®乩LXT 翻/打沖嚴

12、 41?O%13OJ6H< -< S2&7475430.九八 5 6a754302E*Itf| i：f "- 樸尹辜4Jte*#*1'*4ribMa«4*14 ifc - J : 1 n下偽晞.*:;.擊的1：-> -.皿 4.-4 TS?iF“yu：5 !一口門5* liiVliV 而網(wǎng)叫忖“卄訂.“ A . , f I I i I IImmaa'宀 色十T m . - - -"JLi li 1111 AlUViil I m nV vAt 11Vs«>i 1*!* iBBBHHSF ,匸呵！ Hfl數(shù)值分

13、析， 由計算機擬合曲線如圖， 得出 迅、X：心九- I. d. 亡,平均色散=0.01925 ,色散本領(lǐng)=0.02972。小結(jié)：色散曲線中D線折射率=1.64753，波長589.3nm而表格中得出的黃光 折射率1.6463，波長587.6nm,從折射率變化趨勢，即波長越長，折射率越小， 似乎是矛盾的，但是如果考慮結(jié)果在不確定度圍的可能誤差，以及色散曲線也會出現(xiàn)的誤差，就可以容忍這樣的不符。思考題1、 當轉(zhuǎn)動小平臺180反復調(diào)節(jié)使望遠鏡主軸垂直于分光計主軸時，小平臺是否 也同時調(diào)好到垂直于主軸了？為什么？否。平面鏡平面垂直度盤平面但小平臺平面不一定平行度盤平面。2、根據(jù)折射定律，請結(jié)合圖定性分析入射光的方位應處于何種情況時才可能找到最小偏向角?p山）（c）。ab中折射光均射向非光學面，無法射出3、根據(jù)本實驗的原理怎樣測量光波波長?n sinA sinA根據(jù)22，得出折射率n，再帶入色散曲線中找出波長4、試