1,分光计的调节与使用,郑州大学物理实验中心,2,实验目的： 1、了解分光计的结构、各部分的作用 及工作原理。 2、掌握分光计的调节要求和调节方法。 3、学会测量棱镜的顶角、棱镜玻璃的 折射率。,3,装置介绍分光计的结构,分光计主要由四部分组成：平行光管、望远镜、载物台和读数装置。,4,装置介绍平行光管,平行光管的作用是产生平行光。管的一端装有一个可沿管前后移动的套筒，套筒末端有一宽度可调的狭缝；管的另一端装有会聚透镜。沿管前后移动狭缝装置，当狭缝恰位于透镜的焦平面上时，照射在狭缝上的光经过透镜后成为平行光。,5,装置介绍 望远镜,望远镜用于观察、确定被测光线方向。它由目镜、分化板和物镜组成。照明小灯泡的光自望远镜筒下侧进入，经小三棱镜反射后照亮分划板下半部的十字刻度线（十字叉丝）。目镜、分化板及物镜间的距离均可调节，当调节分化板位于物镜的焦平面时，十字叉丝发出的光经物镜后成为平行光。该平行光经双面反射镜反射后，再经物镜聚焦在分划板平面，形成十字叉丝的像（绿色）。,6,装置介绍 载物台,载物台用于放置待测物体。台下有三个螺钉用于调整平台水平。,7,装置介绍 读数装置,读数装置由刻度圆盘和沿圆盘边相隔180对称安置的两个游标组成。刻度圆盘分成360，最小分度为0.5度（30），小于0.5度的利用游标读出。游标上有30格读数单位为1。两个游标对称放置，是为了消除刻度盘中心与分光计中心轴线之间的偏心差，测量时，要同时记下两游标所示的读数。,8,分光计在测量前，必须经过仔细调整，要求达到：望远镜调焦无穷远；望远镜和平行光管共轴，并均与分光计中心轴垂直，平行光管出射平行光。 .,目测粗调：用眼睛估测，调节望远镜和平行光管下方调倾螺钉、载物台下的三个调平螺丝，使望远镜和平行光管光轴、载物台平面尽量与刻度盘平行。,装置调节,9,装置调节望远镜的调节,调节望远镜聚焦无穷远 1、点亮照明小灯，调节目镜与分划板间的距离，看清分划板上的 刻度线和绿色方块中黑色的小十字（目镜对分划板调焦）。 2、将双面镜放置在载物台上，使双面镜的镜面与载物台下两螺 钉 连线垂直;使双面镜的反射面与望远镜大致垂直，缓缓地转动载 物台，从侧面观察，判断从双面镜正、反两面反射的十字叉丝 光线能否进入望远镜内。 3、从望远镜的目镜中观察到 十字叉丝像，前后移动目 镜对望远镜调焦，使十字 叉丝成像清晰,如右下图所 示。,10,装置调节望远镜的调节,用二分之一调节法调望远镜的光轴与仪器的主轴垂直 1、转动载物平台使小十字叉丝的反射像的竖线与分刻板的竖线合。 2、调节望远镜的调倾螺钉，使小十字叉丝的反射像向调整用叉丝靠 近一半的距离。然后再调节载物平台下与连线反射镜面垂直的螺 钉，使小十字叉丝的反射像和调整用叉丝重合。 3、将载物台旋转180，使另外一个反射面对准望远镜，找到小十字 叉丝的反射像后，用二分之一调节法调节小十字叉丝的反射像和 调整用叉丝重合。 4、重复步骤2、3，直到望远镜不论对准哪个反射面，小十字叉丝的 反射像都和调整 用叉丝重合，则望 远镜的光轴和仪器 的主轴垂直。,11,装置调节平行光管的调节,平行光管的光轴与仪器的主轴垂直 1、关掉目镜的照明灯电源，打开光源。调节狭缝使宽度适 中，让光照亮狭缝。 2、将望远镜对准平行光管，找到狭缝的像后，前后移动狭 缝的位置，使从望远镜中看到清晰的狭缝像，此时平 行光管发出平行光。 3、转动望远镜和狭缝（注意不能前后移动狭缝）的位置， 使狭缝的像与分刻板上的竖线重合，然后固定狭缝和 望远镜的位置。 4、调节平行光管的调倾螺钉，使狭缝的像相对于测量用叉 丝对称。,12,实验原理三棱镜玻璃的折射率,由光的反射和折射定律可以求得棱镜折射率n 式中i1、 i2 、min 分别为某一单色光的入射角、折射 角和最小偏向角min，为三棱镜的顶角。,13,实验原理自准直法测三棱镜顶角,下图为自准直法测量三棱镜顶角的示意图。让望远镜对准 三棱镜的一个光学面，当小十字叉丝的反射像和调整用叉丝重 合时，从刻度盘上记录两游标的读数 和 ；转动望远镜 （或载物台），让三棱镜的另外一个光学面对准望远镜，当小 十字叉丝的反射像和调整用叉丝重合时，再次记录两游标的读 数 和 。由图可知，三棱镜的顶角为 其中,14,实验原理三棱镜的最小偏向角,如图所示，观察光线偏向情况，判 断出射光线的方向。先用眼睛沿光线可 能出射的方向观察，微微转动载物台， 当观察到出射的彩色谱线时，选定一种 谱线，继续转动载物台，注意该谱线出 射光所对应的偏向角的变化，选择使偏 向角减小的方向缓慢转动载物台，当看 到该谱线移至某一位置后反向移动，逆 转处即为最小偏向角的位置。则最小偏 向角出射光线与原光路（不放三棱镜时 望远镜直接对准入射光线的位置）之间 的夹角即为最小偏向角。设最小偏向位 置时两游标的读数为 、 ，原光 路的为 、 ，则有右式：,15,实验内容调节分光计为可工作状态,调整好的分光计只能测量与刻度盘相平行平面内的角度，所以测量时必须对待测光学元件进行调节，使经光学元件（棱镜、光栅）反射、折射和衍射的光线确定的平面与刻度盘面平行。 注意：这时只能调节载物台，不能再调节望远镜、平行光管调倾螺钉。,16,实验内容三棱镜的调节及顶角测量,将三棱镜如图示放置在载物台上，望远镜分别正对AB、AC光学面，分别调节载物台下螺钉a1 和a3，使两光学面反射的十字叉丝像均与调整用十字叉丝重合。 将望远镜的叉丝（竖线）对准 一光学面反射的叉丝像，记录 下两个游标的读数；再转动望 远镜对准另一光学面反射的像， 再次记录下两游标的读数，代 入公式即可求出三棱镜的顶角。 要求重复三次测量。,17,实验内容最小偏向角的测量及折射率的计算,按照最小偏向角测量原理中所讲先将三棱镜放置好，再 按照测量原理中的方法找到最小偏向角的位置，将望远镜的 叉丝对准绿色谱线，记录下两个游标的读数，重复三次；再 将三棱镜拿下来，将望远镜直接对准原光路的方向，记录下 两游标的读数，重复三次；代入公式计算出最小偏向角。要 求自拟数据记录表格。 将测量得到的角度代入相应公式即可计算出三棱镜的折 射率，结果要求用不确定度表示。,18,注意事项,1、在调节好望远镜光轴与仪器中心轴垂直后，不能再 拧望远镜下方调倾螺钉。 2、测量角度时，同一游标两次读数的差值为望远镜筒 转过的角度，不要将两游标读数弄混。 3、测量角度时，注意转动望远镜（游标盘）时，刻度 盘（游标盘）是否经过游标盘（刻度盘）的零点。,19,思考题,1、调节光学仪器的要领一般先粗调后细调，本实验是 如何体现这一点的？ 2、用双面镜调节望远镜光轴与仪器中心轴垂直时， 为什么要转动载物台使双面镜两个面反射的叉丝 像都要与调整用叉丝重合？ 3、 若分光计测量角度的精度为1，试导出测量顶角、 最小偏向角及折射率n的不确定度公式，并估算n 的不确定度。,