分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測(cè)定

分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測(cè)定第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介分光儀是一種能精確測(cè)量角度的典型光學(xué)儀器，常用來(lái)測(cè)量折射率、光波波長(zhǎng)、色散率和觀測(cè)光譜等。由于該裝置比較精密,操縱控制部件較多而復(fù)雜，故使用時(shí)必須按一定的規(guī)則嚴(yán)格調(diào)整，方能獲得較高精度的測(cè)量結(jié)果。

對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，往往會(huì)遇到一些困難，但只要在調(diào)整，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，明確調(diào)整要求，注意觀察現(xiàn)象，并努力運(yùn)用已有的理論知識(shí)去分析，指導(dǎo)操作，一般是能夠掌握的。第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解光學(xué)測(cè)角儀的主要構(gòu)造，正確掌握調(diào)整光學(xué)測(cè)角儀的要求和方法。2.測(cè)定三棱鏡的頂角，觀察三棱鏡對(duì)汞燈的色散現(xiàn)象。第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)原理三棱鏡如右圖所示，AB和AC是透光的光學(xué)表面，又稱折射面，其夾角稱為三棱鏡的頂角；BC為毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面。第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日1.自準(zhǔn)法測(cè)量三棱鏡的頂角

右圖是自準(zhǔn)法測(cè)量三棱鏡頂角的示意圖第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日利用望遠(yuǎn)鏡自身產(chǎn)生平行光，固定望遠(yuǎn)鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)，先使棱鏡AB面反射的十字像落在分劃板上“≠”準(zhǔn)線上部的交點(diǎn)上(即望遠(yuǎn)鏡光軸與三棱鏡AB面垂直)，記下刻度盤對(duì)稱游標(biāo)的方位角讀數(shù)θ1、θ2。然后再轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)使AC面反射的十字像與“≠”準(zhǔn)線的上交點(diǎn)重合（即望遠(yuǎn)鏡光軸與AC面垂直），記下讀數(shù)ˊ、ˊˊ（注意ˊ與

為同一游標(biāo)讀得的望遠(yuǎn)鏡方位角，而θ2與ˊ則為另一游標(biāo)上讀得的方位角），兩次讀數(shù)相減即得頂角的補(bǔ)角?！?180°-，可以證明：第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2.反射法測(cè)量三棱鏡的頂角右圖是反射法測(cè)量三棱鏡頂角的示意圖。將三棱鏡放在截物臺(tái)上，使平行光管射出的光束投射到棱鏡的兩個(gè)折射面上，從棱鏡左面反射的光可將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至處觀察，使用望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲使“≠”準(zhǔn)線的中心垂直線對(duì)準(zhǔn)反射狹縫像，從兩個(gè)游標(biāo)上讀出方位角讀數(shù)和，再將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至處觀測(cè)從棱鏡右面反射的狹縫像，又可分別讀得方位角和。由圖可以證明三棱鏡的頂角：ⅠⅡⅠⅡ第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)儀器

分光儀雙面鏡低壓汞燈（連鎮(zhèn)流器）三棱鏡照明小燈等第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日光學(xué)測(cè)角儀簡(jiǎn)介：

載物臺(tái)平行光管望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)裝置第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日準(zhǔn)線目視鏡場(chǎng)透光窗目鏡分劃板小棱鏡小電珠物鏡(1)自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡（阿貝式）部分阿貝式自準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡由目鏡，分劃板及物鏡三部份組成。分劃板上刻的是“≠”形準(zhǔn)線，在邊上粘有一塊45°全反射小棱鏡，其表面上涂有一層不透明薄膜，薄膜上刻了一個(gè)空心十字窗口，小電珠光從管側(cè)射入后，調(diào)節(jié)目鏡前后位置，可在望遠(yuǎn)鏡目鏡視場(chǎng)中看到圖中所示的景象。第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日若在物鏡前放一平面鏡，前后調(diào)節(jié)目鏡（連同分劃板）與物鏡的間距，使分劃板位于物鏡的焦平面上時(shí)，小電珠發(fā)出透過(guò)空心十字窗的光經(jīng)物鏡后成平行光射于平面鏡，反射光經(jīng)物鏡后在分劃板上形成十字窗口的像。若平面鏡面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直，此象將落在“≠”準(zhǔn)線上部的交叉點(diǎn)上,如下圖所示:第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日反射像平面鏡自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡光路圖第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日(2)平行光管部份：平行光管的一端裝有會(huì)聚透鏡，另一端內(nèi)插入一套筒，其末端為一寬度可調(diào)的狹縫，如下圖所示。當(dāng)狹縫位于透鏡的焦平面上時(shí)，能使照在狹縫上的光經(jīng)過(guò)透鏡后成為平行光。平行光管光源狹縫會(huì)聚透鏡第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日(3)載物小平臺(tái)部份：

載物小平臺(tái)用以放置待測(cè)物體，臺(tái)下有三個(gè)調(diào)平螺釘a1、a2、a3，可調(diào)整平臺(tái)的水平位置，如下圖所示。載物小平臺(tái)第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（4）讀數(shù)裝置部份：

讀數(shù)裝置由刻度圓盤和沿園盤邊相隔180°對(duì)稱安置的兩個(gè)游標(biāo)T、T′組成，如右圖所示?？潭葓A盤分成360°，最小分度為半度（30′），小于半度的讀數(shù)利用游標(biāo)讀出。游標(biāo)上有30格，故游標(biāo)上的讀數(shù)單位為1′。ˊ第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日角游標(biāo)讀數(shù)方法與一般游標(biāo)相同，如下圖所示的位置，先讀出游標(biāo)0刻線左邊所指刻度盤的度數(shù)（必須注意是否超過(guò)半刻度線），再讀出游標(biāo)上第幾根線與刻度盤刻線對(duì)準(zhǔn)，然后將二次所讀的數(shù)相加即可。上圖中先讀出87°30′，再讀出15′，兩者相加即：87°30′+15′=87°45′ˊ兩個(gè)游標(biāo)對(duì)稱放置是為了消除刻度盤中心與分光計(jì)中心軸線之間的偏心差，測(cè)量時(shí)要同時(shí)記下兩游標(biāo)所示的讀數(shù)。第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、分光儀的調(diào)節(jié)1.目測(cè)粗調(diào)為了準(zhǔn)確測(cè)出角度，根據(jù)分光儀的工作條件，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡和平行光管光軸與光學(xué)測(cè)角儀中心軸嚴(yán)格垂直，一般可以先用目測(cè)法進(jìn)行粗調(diào)。第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日首先調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸水平方位調(diào)節(jié)螺釘使望遠(yuǎn)鏡光軸對(duì)準(zhǔn)分光儀中心軸，調(diào)整平行光管光軸水平方位調(diào)節(jié)螺釘使平行光管光軸對(duì)準(zhǔn)分光儀中心軸。第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日接看調(diào)整望遠(yuǎn)鏡和平行光管的仰角調(diào)節(jié)螺釘，使望遠(yuǎn)鏡和平行光管呈水平狀態(tài)。最后調(diào)整載物臺(tái)三只調(diào)平螺釘，使載物臺(tái)上臺(tái)面與固定座四周間隙相等。第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2.用自準(zhǔn)法調(diào)整望遠(yuǎn)鏡：

(1)點(diǎn)亮照明小燈，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡并調(diào)節(jié)目鏡與分劃板間的距離，直至看清分劃板上的“準(zhǔn)線”和帶有綠色的小十字窗口。（2）將雙面鏡按圖示方法置于載物臺(tái)上，雙面鏡平面與B1、B3連線垂直，B1、B2、B3是載物臺(tái)下三只調(diào)平螺釘，H是插銷，從側(cè)面觀察，眼睛與望遠(yuǎn)鏡中心軸等高。如果從雙面鏡正、反兩面均能觀察到完整的亮十字反射像，則說(shuō)明雙面鏡正、反兩面反射的亮十字光線能進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日H第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日3.三棱鏡的放置與調(diào)整：

將三棱鏡按右圖所示放置，光學(xué)面AB與B1、B2螺釘連線垂直，由于三棱鏡是等邊三角形，而螺釘B1、B2、B3連線也是等邊三角形，所以AC光學(xué)面與B2、B3螺釘連線垂直。三棱鏡是被測(cè)量對(duì)象，在加工時(shí)側(cè)面與底面的垂直度存在誤差，所以還需進(jìn)一步對(duì)三棱鏡進(jìn)行調(diào)整。第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日從圖中可以看出，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)AB光學(xué)面用自準(zhǔn)法調(diào)整時(shí),B1、B2螺釘起作用，而調(diào)整AC光學(xué)面時(shí)，則B2、B3螺釘起作用。這時(shí)B2是對(duì)AB光學(xué)面與AC光學(xué)面均起作用的調(diào)節(jié)螺釘，在調(diào)整時(shí)這個(gè)螺釘B2不參與調(diào)整。所以用自準(zhǔn)法調(diào)整三棱鏡時(shí)，調(diào)整AB光學(xué)面時(shí)調(diào)整B1螺釘，使十字反射像中心與“≠”準(zhǔn)線上交點(diǎn)重合。而調(diào)整AC光學(xué)面時(shí)則調(diào)整B3螺釘。第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日這時(shí)望遠(yuǎn)鏡的仰角調(diào)節(jié)螺釘固定不動(dòng)。由于三棱鏡的光學(xué)面反射的十字像較淡，必須仔細(xì)觀察，同時(shí)用照明小燈放在三棱鏡的后面作為背景光照亮“≠”準(zhǔn)線。注

意第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日4.平行光管的調(diào)整：第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日二.反射法測(cè)量三棱鏡頂角

1.三棱鏡的放置：（在三棱鏡放置前，先調(diào)整游標(biāo)盤使左右游標(biāo)T、T′分別在平行光管的兩邊，然后鎖緊游標(biāo)盤止動(dòng)螺釘，固定游標(biāo)盤）第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日如右圖所示載物臺(tái)平面有三條互成120°的等分線a、b、c。松開載物臺(tái)鎖緊螺釘，使其中一條等分線a對(duì)準(zhǔn)平行光管軸線，插銷H在右上角，擰緊載物臺(tái)鎖緊螺釘。三棱鏡頂角A放在載物臺(tái)中心,棱鏡光學(xué)面AB、AC分別與等分線b、c夾角相等。然后轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)等分線B、C時(shí)，即可在此附近找到狹縫的像。同時(shí)擰緊左下角分度盤鎖緊螺釘。H第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2.用反射法在Ⅰ、Ⅱ二個(gè)位置測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，一定要使狹縫像與目鏡中垂直義絲相平行。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)狹縫像時(shí)，擰緊望遠(yuǎn)鏡止動(dòng)螺釘，然后利用望遠(yuǎn)鏡的微調(diào)裝置使義絲位于狹縫像的中央，從左、右游標(biāo)上讀取數(shù)據(jù)。望遠(yuǎn)鏡從位置Ⅰ轉(zhuǎn)到位置Ⅱ時(shí)，所轉(zhuǎn)過(guò)的角度是同一游標(biāo)兩次方位角讀數(shù)之差。3.本實(shí)驗(yàn)系多次測(cè)量，要求至少測(cè)量三組數(shù)據(jù)，每次測(cè)完一組數(shù)據(jù)后，松開左下角分度盤鎖緊螺釘，使分度盤轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，再擰緊刻度盤鎖緊螺釘，然后進(jìn)行第二次測(cè)量，這樣可以使每組數(shù)據(jù)不同，避免一次讀錯(cuò)，重復(fù)錯(cuò)誤。第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日4.在測(cè)讀過(guò)程中，由于望遠(yuǎn)鏡可能處在任何方位，故必須注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中是否越過(guò)了刻度盤的零點(diǎn)，如越過(guò)了刻度零點(diǎn)。則必須按式

φ=360°-|θi-θi′|ˊ來(lái)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)角。5.數(shù)據(jù)記錄表格.

第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日注意事項(xiàng)

1.同學(xué)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室先不要盲目亂動(dòng)儀器，要在教師的指導(dǎo)下，有目的的進(jìn)行分光儀調(diào)整。2.平面鏡及三棱鏡系光學(xué)元件，光學(xué)表面不能用手觸摸，如發(fā)現(xiàn)有灰塵或污斑可用擦鏡紙揩拭。第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日3.轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)應(yīng)用手扶住望遠(yuǎn)鏡托架轉(zhuǎn)動(dòng)，不能用手直接抓住自準(zhǔn)目鏡轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡。4.實(shí)驗(yàn)桌上每一位同學(xué)有一抽屜，書包及其他無(wú)關(guān)物品均應(yīng)放在抽屜內(nèi)。5.在調(diào)整過(guò)程中，三棱鏡如從分光計(jì)上拿下來(lái)，應(yīng)放在棱鏡盒內(nèi)，以免不慎碰落地上，敲碎棱鏡。如發(fā)生棱鏡敲碎事件，教師應(yīng)責(zé)成該同學(xué)寫檢查，并酌情賠償。6.實(shí)驗(yàn)完畢，教師安排同學(xué)整理儀器和打掃衛(wèi)生。第三十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日【預(yù)習(xí)思考題】1.請(qǐng)正確讀出下列圓游標(biāo)所指出的讀數(shù)。ⅠⅡ第三十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2.三棱鏡按下圖放置在載物臺(tái)上，在調(diào)整三棱鏡光學(xué)面AB，AC時(shí)，請(qǐng)指出載物臺(tái)下三只調(diào)平螺釘B1、B2、B3哪一只螺釘不參與調(diào)整？3.分光儀由哪幾個(gè)主要部件組成？