實驗七分光計的調(diào)整和使用

實驗七分光計的調(diào)整和使用分光計是一種精密測量角度和分光的儀器,利用分光計能夠間接測量折射率、光波波長、色散率，還能夠用來進行光譜定性分析，驗證里德堡常數(shù)等。分光計是光學(xué)實驗的差不多儀器，它的調(diào)整〔如望遠鏡、平行光管的調(diào)整等〕方法在光學(xué)儀器調(diào)整中頗具代表性。我們實驗課中也將多次用到分光計。了解它的結(jié)構(gòu)、掌握它的調(diào)節(jié)和使用方法，是本課程的差不多要求。實驗?zāi)康暮蛯W(xué)習(xí)要求1、 了解分光計的結(jié)構(gòu),掌握分光計的調(diào)整方法和理解調(diào)整的原理。2實驗?zāi)康暮蛯W(xué)習(xí)要求1、 了解分光計的結(jié)構(gòu),掌握分光計的調(diào)整方法和理解調(diào)整的原理。2、 學(xué)會使用分光計測量角度。3、學(xué)會用分光計測折射率的方法和原理。4了.解光的色散現(xiàn)象。實驗原理如圖所示，三角形為光學(xué)面,兩個光學(xué)面的夾角兩次折射后，沿方向出射。表示三棱鏡的橫截面,

稱為三棱鏡的頂角。入射線與出射線為底面,入射光所成的角€,經(jīng)三棱鏡稱為偏，就能夠算出棱鏡材，就能夠算出棱鏡材向角，能夠證明，假如入射光線和出射光線處在三棱鏡對稱位置上,偏向角達到極小值，這時的偏向角稱為最小偏向角。棱鏡玻璃的折射率與棱鏡頂角，最小偏向角 有如下關(guān)系。.A+€sm nsin2用分光計測出三棱鏡的頂角，和最小偏向角料的折射率。儀器介紹分光計的結(jié)構(gòu)如圖7-，2它要緊由平行光管、望遠鏡、載物臺和讀數(shù)裝置組成。

圖7-分3光計的望遠鏡分劃板上刻有±形叉絲，分劃板下方小棱鏡的直角面上有一個十字形透光孔，小燈泡發(fā)出的光經(jīng)小棱鏡改變光路9€0方向后從十字透射孔出射，當(dāng)分劃板處在物鏡的焦平面上時，十字透光孔出射光經(jīng)物鏡后成為平行光，假設(shè)用一垂直于望遠鏡光軸的平面鏡將此平行光反射回來，那么成像

在分劃板上方十字叉絲上，如圖 〔〕。望遠鏡能夠單獨繞中心軸轉(zhuǎn)，也能夠與刻度盤固定一起繞中心軸轉(zhuǎn)。載物臺載物臺用來放置待測件或分光元件，臺面下方三個螺絲 〔如圖7-〕9，用來調(diào)節(jié)臺面傾斜度。松開螺絲6，能夠升降載物臺。擰緊螺絲6可將載物臺與游標(biāo)盤17固定在一起，如今松開螺絲19，載物臺隨游標(biāo)盤轉(zhuǎn)動，并能夠通過游標(biāo)讀數(shù)裝置讀出載物臺轉(zhuǎn)過的角度。讀數(shù)裝置這是一種測量角度的游標(biāo)讀數(shù)裝置稱為角游標(biāo)或圓游標(biāo)，由刻度盤與游標(biāo)盤組成?？潭缺P是主尺分為€，型分光計主尺的最小刻度為0游標(biāo)有個分度，分度值為，。讀數(shù)時，從游標(biāo)零線所對的刻度盤讀出0.€以5上的“度”數(shù)，再從與刻度盤某刻度對齊的游標(biāo)刻線讀出“分”數(shù)。兩數(shù)相加為角度讀數(shù)。圖讀數(shù)為。2為了消除刻度盤中心與轉(zhuǎn)軸中心之間的偏心差，在游標(biāo)盤同一直徑的兩端各裝一游標(biāo)。測量時，兩個游標(biāo)都應(yīng)讀數(shù)，然后算出每個游標(biāo)始、末兩次的讀數(shù)的差，再取平均值。那個平均值才是轉(zhuǎn)動的角度。圖7-角4游標(biāo)實驗內(nèi)容及調(diào)整步驟分光計的調(diào)整要求是：1、 望遠鏡調(diào)焦于無窮遠，即望遠鏡能將平行光會聚成像于焦平面上；2、 望遠鏡光軸垂直于分光計主軸；3、 平行光管發(fā)出平行光；4、 平行光管光軸垂直于分光計主軸，并與望遠鏡光軸在同一平面內(nèi)。調(diào)節(jié)前，應(yīng)對比實物和結(jié)構(gòu)圖熟悉儀器，了解各個調(diào)節(jié)螺釘?shù)淖饔?。調(diào)節(jié)時要先粗調(diào)后再細調(diào)。分光計調(diào)整的步驟：〔一〕目測粗調(diào)〔憑眼睛觀看判斷〕調(diào)節(jié)望遠鏡和平行光管光軸盡量使它們與刻度盤平行；調(diào)節(jié)載物臺盡量使它們與刻度盤平行〔即與主軸垂直〕〔二〕細調(diào)1調(diào).節(jié)望遠鏡適合于觀看平行光。(1)目鏡視度調(diào)節(jié)：使望遠鏡適合操作者眼睛的視度。轉(zhuǎn)動目鏡視度調(diào)節(jié)手輪10，從目鏡中看到分劃板的黑色叉絲清晰。調(diào)好后，整個實驗中不再轉(zhuǎn)動螺釘10。⑵接通望遠鏡上的小燈，并按圖 把平面鏡放到載物臺上，緩慢轉(zhuǎn)動載物臺，從望遠鏡中認真查找平面鏡的兩個面是否都有綠光團反射回

來。假設(shè)找不到綠光團，多半緣故是粗調(diào)還未達到要求，應(yīng)重新進行粗調(diào)。⑶找到綠光團后，松開目鏡鎖緊螺釘8前后抽動目鏡套筒，使綠色光團變成清晰的綠十字像。認真抽動目鏡套筒直到綠十字像與黑色叉絲間無視差。鎖定螺釘8，整個實驗中不再抽動目鏡套筒。那么望遠鏡已適合于觀圖2、望遠鏡光軸垂直于分光計主軸（1）轉(zhuǎn)動載物臺，使平面鏡轉(zhuǎn)動€，從目鏡中找到反射回來的綠十字像〔圖〕⑵調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰螺釘，使綠十字像向分劃板上方黑十字叉絲移近一半距離〔圖 b。⑶調(diào)節(jié)螺釘，使綠十字像與分劃板上方黑十字叉絲重合〔圖I。這種各調(diào)一半的方法叫做“半調(diào)法”。⑷重復(fù)①②③。反復(fù)調(diào)整，直到平面鏡兩面反射回來的綠十字像都能與分劃板上方黑十字叉絲重合。⑸望遠鏡調(diào)整完畢，以下平行光管和載物臺上光學(xué)元件的調(diào)節(jié)都將以此為基準(zhǔn)，望遠鏡光軸的俯仰、望遠鏡的調(diào)焦?fàn)顟B(tài)在整個實驗中都不要再改變。⑹望縱絲⑹望縱絲②左右轉(zhuǎn)動望遠鏡或微微轉(zhuǎn)動載物臺時，綠十字像移動方向與水平叉絲成一小角度，如圖-這是由于分劃板沒有放正，豎直 乙石込叉絲不平行于分光計主軸。應(yīng)松開目鏡鎖 _L—1緊螺釘，轉(zhuǎn)動目鏡套筒〔分劃板隨之轉(zhuǎn)動〕，直到綠十字像始終沿水平叉絲移動。分劃板轉(zhuǎn)正后，應(yīng)重新消除視差，再鎖定圖7-8分劃板傾斜導(dǎo)致綠十字像螺釘8 移動方向與水平叉絲成一小角度3調(diào).整平行光管（，調(diào)）光軸：取下平面鏡，開亮鈉光燈，松開狹縫鎖緊螺釘2，將狹縫，轉(zhuǎn)成水平，從望遠鏡中看到狹縫的像，假設(shè)不清晰，可前后抽動狹縫使像清晰；調(diào)節(jié)平行光管俯仰螺釘2，，使狹縫的像重合于分劃板中央的水平叉絲，平行光管光軸即與分光計主軸相垂直。（2調(diào)）出平行光：轉(zhuǎn)動狹縫平行于豎直叉絲，認真地前后抽動狹縫，

消除狹縫的像與叉絲間的視差。至此平行光管發(fā)出平行光。（3轉(zhuǎn)）動螺釘22調(diào)節(jié)狹縫寬度，使狹縫的像既細銳又足夠明亮。至此分光計調(diào)節(jié)完畢。實驗內(nèi)容1測量三棱鏡的頂角現(xiàn)介紹兩種測量三棱鏡頂角的方法。用自準(zhǔn)法測三棱鏡頂角按圖7-把9三棱鏡放到載物臺上，并用彈簧片壓住。螺釘、連線垂直于三棱鏡的光學(xué)平面II〔B,調(diào)節(jié)時，載物臺以連線 為軸轉(zhuǎn)動，平面的傾斜度改變，而II那么在它自己的平面內(nèi)運動,其法線方向不變。如此放置三棱鏡，使得在調(diào)節(jié)平面時，不改變平面II的狀態(tài)；同理，在調(diào)節(jié)II時也可不能妨礙平面°①松開望遠鏡轉(zhuǎn)軸止動螺釘，將望遠鏡對向平面，只調(diào)節(jié)螺釘，使平面反射的綠十字像與分劃板上方十字叉絲重合記錄兩游標(biāo)讀數(shù)②轉(zhuǎn)動望遠鏡對向平面II,只調(diào)節(jié)螺釘，使平面鏡反射的綠十字像與按圖7-把9三棱鏡放到載物臺上，松開螺釘1，9轉(zhuǎn)動載物臺，使三棱鏡的頂角對向平行光管，然后鎖定，如圖。①轉(zhuǎn)動望遠鏡到位置I，從望遠鏡中看到狹縫的像在分劃板中央，鎖定望遠鏡轉(zhuǎn)軸止動螺釘15，然后用微調(diào)螺釘13調(diào)節(jié)狹縫像與分劃板豎直叉絲重合，記錄兩游標(biāo)讀數(shù)和。②轉(zhuǎn)動望遠鏡到位置II,重復(fù)①，記錄兩游標(biāo)讀數(shù)和，由圖能夠證明， ，申〔〔一I〔一II.測量最小偏向角找到譜線：轉(zhuǎn)動載物臺，使三棱鏡的平面與平行光管光軸夾角大致為3€0，然后將望遠鏡轉(zhuǎn)到出射光方向，就能從望遠鏡里看到譜線，如圖1(2)找到最小偏向角：轉(zhuǎn)動載物臺使譜線向入射光方向靠近，即偏向角減小。當(dāng)載物臺轉(zhuǎn)到某一位置，再繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動載物臺，譜線將反向移動，偏向角變大。譜線反轉(zhuǎn)處即最小偏向角的位置。對準(zhǔn)最小偏向角：在譜線反轉(zhuǎn)的位置用螺釘鎖定載物臺，轉(zhuǎn)動望遠鏡將豎直叉絲對向譜線，鎖定望遠鏡轉(zhuǎn)軸止動螺釘15。用微調(diào)螺釘13和18配合反復(fù)調(diào)節(jié)，確認分劃板豎直叉絲對準(zhǔn)最小偏向角時的譜線，記下兩游標(biāo)讀數(shù)和。圖7-1測1量最小偏向角(4然對后使望遠鏡對準(zhǔn)入射光(可從棱鏡上方通過對讀取入射光角位置讀數(shù)'和‘。注意，如今不可轉(zhuǎn)動載物臺〔不可轉(zhuǎn)動螺釘，不可松開螺釘〕，因載物臺已與游標(biāo)盤鎖定TOC\o"1-5"\h\z由圖7-1可2見=〔〔 － 〕+〔 － 〕〕/。2〔5以同樣方法分別測量汞黃〔與 .、綠〔 〕、青光〔 〕、藍紫光〔 〕和紫光〔 〕的最小偏向角。注意在測量頂角和最小偏向角 時，應(yīng)幸免三棱鏡相關(guān)于載物臺發(fā)生移動和轉(zhuǎn)動，更不可轉(zhuǎn)動螺絲 。數(shù)據(jù)處理測量三棱鏡的頂角A分別測量汞黃〔 與 〕、綠m 〕、青光〔 〕、藍紫光〔 〕和紫光〔 〕的最小偏向角。依照測得的汞光譜線各波長下的折射率，作被測棱鏡玻璃的色散曲線〔即入關(guān)系曲線〕操作注意、推.動望遠鏡繞主軸轉(zhuǎn)動時，應(yīng)推望遠鏡的支臂，切勿直推鏡筒，以免破壞望遠鏡光軸與分光計主軸的垂直關(guān)系，造成角度測量錯誤。螺釘、通常是擰緊的，將載物臺與游標(biāo)盤鎖定。轉(zhuǎn)動載物臺時，應(yīng)松開游標(biāo)盤止動螺絲、9，轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤來帶動載物臺轉(zhuǎn)動。只有在升降載物臺或需要改變光學(xué)元件(連同載物臺對相關(guān)于游標(biāo)的位置時，才松開螺絲、操作。需要認真轉(zhuǎn)動載物臺或望遠鏡使待測目標(biāo)與豎直叉絲對準(zhǔn)時，應(yīng)當(dāng)用微調(diào)螺絲、8或、3操作，如此可減小對線誤差。光學(xué)元件置于載物臺上，要用彈簧片壓住；取下時應(yīng)馬上放回元件盒里，元件要輕拿輕放，元件盒要靠近實驗臺中間放置，以免跌落摔壞。數(shù)據(jù)處理1自.擬表格記錄和報告測量數(shù)據(jù)。計算和，測量時為消除偏心差用兩個游標(biāo)讀數(shù)，應(yīng)取平均，計算折射率n以€值和 作為直截了當(dāng)測量量，其不確定度來自分光計的最大同意誤差 '以及對線誤差。計算的合成不確定度并表示實