分光計(jì)的調(diào)節(jié)與應(yīng)用

試驗(yàn)三 分光計(jì)調(diào)整及棱鏡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(shí)，會(huì)發(fā)生反射和折射，光線將轉(zhuǎn)變傳播的方向，使得折射光與入射光、反射光與入射光之間有肯定的夾角.通物理量.因而準(zhǔn)確測量這些角度，在光學(xué)試驗(yàn)中顯得格外重要.·試驗(yàn)?zāi)康穆?、色散率、光波波長和進(jìn)展光譜觀測等.該裝置比較周密，掌握部件較多而且精度的測量結(jié)果.分光計(jì)的調(diào)整思想、方法與技巧，在光學(xué)儀器中有肯定的代表性，學(xué)會(huì)對(duì)它的調(diào)整和使用方法，有助于把握操作更為簡單的光學(xué)儀器.·試驗(yàn)?zāi)康牧私夥止庥?jì)的構(gòu)造，把握調(diào)整使用分光計(jì)的方法；把握測定棱鏡頂角的方法；用最小偏向角法測定棱鏡材料的折射率.·試驗(yàn)儀器·試驗(yàn)儀器JJY-1”型分光計(jì)，雙面反射鏡，鈉燈，三棱鏡.鈉燈分為高壓鈉燈和低壓鈉燈.低壓鈉燈可發(fā)出兩條極強(qiáng)的黃色譜線，兩條譜線的波長差為0.6nm，平均波長為589.3nm.鈉燈單色性較強(qiáng)，試驗(yàn)室常將鈉燈作為一般單色光源.高壓鈉燈還會(huì)發(fā)出其他顏色的譜線，因其發(fā)光率高而廣泛應(yīng)用于路燈.鈉燈在使用前要預(yù)熱5-10min，斷電后需冷卻5-10min，因此鈉燈在使用過程中，不要隨便開關(guān)..外形3-1所示.圖3-1分光計(jì)外形圖1—狹縫裝置；2—狹縫裝置鎖緊螺釘；3—平行光管；4—制動(dòng)架(2)；5—載物臺(tái)；6—載物臺(tái)調(diào)整螺釘(3只)；7—載物臺(tái)鎖緊螺釘；8—望遠(yuǎn)鏡；9—目鏡鎖緊螺釘；10—阿貝式自準(zhǔn)直目鏡；11—目鏡調(diào)整手輪(看清分劃板準(zhǔn)線)；12—望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)整螺釘；13—望遠(yuǎn)鏡水平調(diào)整螺釘；14—151617—制動(dòng)架(1)；18—底座；19—轉(zhuǎn)座；20—刻度盤；21—游標(biāo)盤；22—游標(biāo)盤微調(diào)螺釘；23—游標(biāo)盤止動(dòng)螺釘；24—平行光管水平調(diào)整螺釘；25—平行光管仰角調(diào)整螺釘；26—狹縫寬度調(diào)整手輪底座——中心有一豎軸，望遠(yuǎn)鏡和讀數(shù)圓盤可繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸也稱為儀器的公共軸或主軸.需要進(jìn)展調(diào)整.3-2阿貝目鏡式望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡——是用來觀看和測量光線行進(jìn)方向的.3-2所示為阿貝目鏡f鏡共同組成，它裝在鏡筒一端的套筒中.為了調(diào)整和測量，物鏡和目鏡之間還裝45°全反射小棱45°反射面反射到分劃板“十字”.目鏡、物鏡、分劃板分別置于內(nèi)管、外管和中管內(nèi)，三個(gè)管彼此可以相互移動(dòng)，可以用螺釘固定.12來調(diào)整；轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡支架，可是望遠(yuǎn)鏡繞儀器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；旋緊轉(zhuǎn)座與刻度盤止動(dòng)螺釘15，可是望緊望遠(yuǎn)鏡止動(dòng)螺釘16，可是望遠(yuǎn)鏡固定在轉(zhuǎn)盤的任意位置，此時(shí)可通過微調(diào)螺22149°22＇22149°22＇14過了刻度的半度線，故讀數(shù)為149°44＇載物臺(tái)——放平面鏡、棱鏡等光學(xué)元件用.平臺(tái)能繞儀器中心軸旋轉(zhuǎn)和升降，臺(tái)面下三個(gè)螺釘可調(diào)整臺(tái)面的傾斜度.讀數(shù)圓盤——由內(nèi)盤和外盤組成.外盤為刻度盤，刻有0°-360°，它的最小盤的圓心與儀器主軸的軸心不重合所引起的偏心誤差..30′.3-3所示3-3游標(biāo)盤讀數(shù)方法三棱鏡是一種常見的光學(xué)元件，如圖3-4所示，AB和AC是透光的光學(xué)外表，又稱折射面，其夾角A稱為三棱鏡的頂角；BC為毛玻璃面，稱為三棱鏡的底面.試驗(yàn)室通常承受自準(zhǔn)法或棱脊分束法測棱鏡的頂角，常用最小偏向角法測三棱鏡玻璃的折射率.一、三棱鏡頂角測定原理.1.自準(zhǔn)法測三棱鏡的頂角線之間的夾角，即可求得頂角A.圖3-4用自準(zhǔn)法測棱鏡頂角 加實(shí)物圖2.棱脊分束法測三棱鏡的頂角束反射光之間的夾角，即可求得頂角A.2

圖3-5 用棱脊分束法測棱鏡的頂角ER方向射出，則入LFER間的夾角θ3-6所示.DDi1Fii”2L2ERC B3-6單色光經(jīng)三棱鏡折射光路示意圖轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，轉(zhuǎn)變?nèi)肷浣莍 ，出射光線的方向會(huì)隨之轉(zhuǎn)變，即偏向角會(huì)發(fā)1生變化.沿偏向角減小的方向連續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)三棱鏡，使偏向角漸漸減小；當(dāng)轉(zhuǎn)到到達(dá)最小值，測出最小偏向角 .可以證明棱鏡材料的折射率n與頂角A及最小01 A)sin (n 2 0Asin2

(3-1)試驗(yàn)中，棱鏡的頂角A〔也可用自準(zhǔn)法或棱脊分束法測頂角〕，測出最小偏向角，即可由上式算出棱鏡材料的折射率n.0·試驗(yàn)內(nèi)容與步驟·試驗(yàn)內(nèi)容與步驟一、分光計(jì)的調(diào)整分光計(jì)的調(diào)整，最終要到達(dá)以下要求：上；②使望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直于儀器的中心軸；位于物鏡的焦平面上，使其光軸與望遠(yuǎn)鏡光軸共線.過程如下：目測粗調(diào)〔調(diào)至水平狀態(tài)儀器主軸垂直.望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦分為目鏡調(diào)焦和物鏡調(diào)焦兩步.望遠(yuǎn)鏡是用來觀看平行光管經(jīng)光無視差.視差會(huì)給測量帶來較大的誤差，必需消退，在后面附錄中，我們給出了具體的介紹.①調(diào)整目鏡調(diào)焦手輪,直到能夠清楚地看到分劃板“準(zhǔn)線”.3-7帶有綠色小十字的窗口.3-7目鏡視場③ 將雙面鏡按圖3-8所示方位放置在載物臺(tái)上.這樣放置的目的是：假設(shè)要調(diào)整平面鏡的俯仰，只需要調(diào)整載物臺(tái)下的螺絲a1

a即可，由于螺絲a2 3節(jié)與平面鏡的俯仰無關(guān).圖3-8平面鏡的放置 加④ 鏡反射，由物鏡再次聚焦，在分劃板上形成十字叉絲的像.首先調(diào)整目鏡調(diào)焦手輪，即調(diào)整分劃板與目鏡的距離使從目鏡中能看清準(zhǔn)線，再前后移動(dòng)目鏡鏡筒，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡已聚焦于無窮遠(yuǎn).調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)的中心軸垂直分別使它們的光軸與刻度盤平行.刻度盤在制造時(shí)已垂直于分光計(jì)的中心軸.因此，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡與分光計(jì)的中心軸垂直時(shí)，就到達(dá)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(tái)上，使望遠(yuǎn)鏡分別對(duì)準(zhǔn)平面鏡前后兩鏡面，利用自準(zhǔn)法可以分別觀看到兩個(gè)亮十字的反射像.假設(shè)望遠(yuǎn)鏡的光軸從望遠(yuǎn)鏡中可以兩次觀看到由平面鏡前后兩個(gè)面反射回來的亮十字像與分劃板到的兩個(gè)亮十字反射像必定不會(huì)同時(shí)與分劃板準(zhǔn)線的上叉絲重合.假設(shè)至多看到一下一步調(diào)整.h，3-9(a)所示；此時(shí)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡凹凸傾斜螺絲使差距減小為h/2，如圖3-9(c)180o，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)著平面鏡的另一面，承受同樣的方法調(diào)整.如此反復(fù)調(diào)整，直至轉(zhuǎn)動(dòng)載物重合為止，這種方法稱為逐次靠近各半調(diào)整法.這時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸和分光計(jì)的中心軸相垂直.調(diào)整平行光管

3-9亮十字像與分劃板準(zhǔn)線的位置關(guān)系利用前面已經(jīng)調(diào)整好的望遠(yuǎn)鏡調(diào)整平行光管.當(dāng)平行光管射出平行光時(shí)，則準(zhǔn)線無視差..縫寬使望遠(yuǎn)鏡視場中消滅一條連續(xù)的細(xì)銳的亮線.②調(diào)整平行光管的光軸與分光計(jì)中心軸相垂直.望遠(yuǎn)鏡中看到清楚的狹縫〔不能前后移動(dòng)〕至水平狀態(tài)，調(diào)整平行光管傾斜螺絲，使亮線3-10(a)所示.這時(shí)平行光管的光軸已與分光計(jì)中心軸相垂直.再把狹縫轉(zhuǎn)至鉛直位置，并需保持狹縫像最清楚而且無視差，位置如3-10(b)所示.鎖定狹縫裝置.(b)3-10狹縫像與分劃板位置必需留意分光計(jì)上除刻度圓盤制動(dòng)螺絲及其微調(diào)螺絲外，其它螺絲不能任意轉(zhuǎn)動(dòng)，否則將破壞分光計(jì)的工作條件，需要重調(diào)整.二、棱鏡頂角的測定〔選作〕自準(zhǔn)法3-11標(biāo)盤平行.圖3-11三棱鏡在載物臺(tái)上的放置方法 加12，切記勿顛倒.旋緊度盤下螺釘(15)、(16AB面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，登記游標(biāo)1的讀數(shù)1

2

AC面正對(duì)2望遠(yuǎn)鏡，登記游標(biāo)12”.同一游標(biāo)兩次讀數(shù)之差”1 2 1 1或”，即是載物臺(tái)轉(zhuǎn)過的角度，即棱鏡的頂角：2 2 11

A2

”1 1

” 〔3-2〕2近載物臺(tái)的中心位置.調(diào)整載物臺(tái)下的螺釘，使入射平面與分光計(jì)主軸垂直，固定載物臺(tái)〔23，使望遠(yuǎn)鏡與刻度盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)〔15，緩慢轉(zhuǎn)板中心豎線重合.記錄望遠(yuǎn)鏡所處位置左右游標(biāo)的讀數(shù)

、，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡至三1 1讀數(shù)、2

，同一游標(biāo)兩次讀數(shù)之差即為，則三棱鏡頂角為：A11(

) 〔3-3〕2 4 1 2 1 2重復(fù)測量三次，求出頂角A.三、棱鏡玻璃折射率的測定〔連同刻度盤〕轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)螺絲；②掌握望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)的螺絲；③23.將三棱鏡置于載物臺(tái)上，分別放松游標(biāo)盤和望遠(yuǎn)鏡的制動(dòng)螺絲，鎖緊轉(zhuǎn)座15，使望遠(yuǎn)鏡與外盤一起轉(zhuǎn)動(dòng).轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤〔連同三棱鏡〕使AC3-4所示.轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，在折射光線所在的AB〔連同三棱鏡23，輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，1 1

棱鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡使它直接對(duì)準(zhǔn)平行光管，并使分劃板上豎直線與狹縫像重合，登記左右游標(biāo)的讀數(shù)2 2

，可得： 10 2 2 1

2 1重復(fù)測量3-6次，求出棱鏡的折射率，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度.·試驗(yàn)數(shù)據(jù)測量·試驗(yàn)數(shù)據(jù)測量方向方向ABAC次數(shù) θ1 θ2 θ1” θ2”1°′°′°′°′2°′°′°′°′3°′°′°′°′4°′°′°′°′5°′°′°′°′方向棱鏡最小偏向出射光方向方向棱鏡最小偏向出射光方向入射光的方向次數(shù)α1β1α2β21°′°′ °′°′2°′°′ °′°′3°′°′ °′°′4°′°′ °′°′5°′°′ °′°′·試驗(yàn)留意事項(xiàng)·試驗(yàn)留意事項(xiàng)遠(yuǎn)鏡，也不要隨便過度擰動(dòng)狹縫.鎖緊鏍釘鎖住即可，不行用力過大，以免損壞器件.測量中應(yīng)正確使用望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的微調(diào)螺絲，以便提高工作效率和測量過程中是否過了刻度的零點(diǎn).·歷史淵源與應(yīng)用前景則無法讀出載物臺(tái)位置的角度讀數(shù).·歷史淵源與應(yīng)用前景公元二世紀(jì)，希臘人托勒密〔90—168〕通過試驗(yàn)爭論了光的折射現(xiàn)象：S將圓盤面垂直立于水中，水面到達(dá)圓心處.把圓盤取出，分別依據(jù)尺的位置測出入射角和折射角.系列對(duì)應(yīng)值.關(guān)系.今日我們知道這個(gè)結(jié)論是不正確的，它只有在入射角很小的狀況下才近似成立.完全正確的，他的試驗(yàn)結(jié)果也相當(dāng)準(zhǔn)確，與現(xiàn)代值幾乎沒有多大的差異.但惋惜的是托勒密未能從數(shù)據(jù)中覺察正確的規(guī)律.從這里可看出，在正確的理論指導(dǎo)下處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)覺察規(guī)律格外重要.托勒密是第一個(gè)用試驗(yàn)方法測定入射角和數(shù)學(xué)方法編制了表〔相當(dāng)于現(xiàn)代的正弦三角函數(shù)表，他當(dāng)時(shí)對(duì)折射角和入射角過了一次覺察的時(shí)機(jī).利用分光計(jì)還可以完成很多試驗(yàn)內(nèi)容.可測量液體和平板玻璃的折射率，方鏡焦距的測定以及雙棱鏡干預(yù)等試驗(yàn).··與中學(xué)物理的連接中學(xué)物理課標(biāo)對(duì)利用分光計(jì)測三棱鏡折射率及相關(guān)內(nèi)容的要求是：.探究并了解光的反射和折射的規(guī)律.定律.利用三棱鏡和汞燈可以觀看并爭論光的色散現(xiàn)象.分光計(jì)設(shè)計(jì)多種試驗(yàn)方法，比較一下他們的準(zhǔn)確度.·自主學(xué)習(xí)本試驗(yàn)用的是鈉光燈，通過試驗(yàn)觀看鈉燈與一般燈的區(qū)分.·自主學(xué)習(xí)本試驗(yàn)的構(gòu)思亮點(diǎn)是通過平行光管、載物臺(tái)〔三棱鏡、望遠(yuǎn)鏡三局部的系載物臺(tái)上的光學(xué)元件可置換，拓寬了該儀器的應(yīng)用范圍.操作難點(diǎn)：1.法；2.①境外3.折射光線的查找與跟蹤，試驗(yàn)者可用眼睛直接觀看，查找折射光線，找到后，將望遠(yuǎn)鏡移到眼睛處，即可在望遠(yuǎn)鏡中看到折射光線。？分光計(jì)為什么要設(shè)置兩個(gè)讀數(shù)游標(biāo)？本試驗(yàn)是否可以用汞燈作光源？如何快速找到平面鏡正反兩面反射回來的十字叉絲像，寫出調(diào)整方法.求處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成試驗(yàn)報(bào)告.本試驗(yàn)還有哪些操作難點(diǎn)？針對(duì)操作難點(diǎn)，摸索并把握正確的調(diào)整的方法．·試驗(yàn)探究與設(shè)計(jì)·試驗(yàn)探究與設(shè)計(jì)嘗試?yán)梅止庥?jì)設(shè)計(jì)并完成下面內(nèi)容，寫出試驗(yàn)方案，并完成試驗(yàn)．測液體和平板玻璃折射率；薄透鏡焦距的測定；雙棱鏡干預(yù)．1視差產(chǎn)生的緣由現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在測量學(xué)上稱為視差.存在視差的緣由是目標(biāo)影像面與十字絲分3-12所示.圖(a)及圖(b)為十字絲分劃板未與成像面重a,b,c三個(gè)不同的位置通過十字絲同一位置(O)點(diǎn)a`,b`,c`三個(gè)不同的部位,即目標(biāo)影像隨著觀測者眼睛.圖c)a,b,c還是其它任何部位通過十字絲同一位置照準(zhǔn)目標(biāo)影像時(shí)，目標(biāo)影像的部位均不會(huì)轉(zhuǎn)變，即目標(biāo)影像不會(huì)隨著眼睛的移動(dòng)而移動(dòng)，則說明沒有視差現(xiàn)象