用分光计测三棱镜顶角用分光计测三棱镜顶角实验目的实验目的实验仪器实验仪器分光计简介分光计简介实验原理实验原理实验步骤实验步骤数据处理数据处理分光计简介分光计简介(1)(1)分光计的发明分光计的发明 1859 1859年，光谱分析法的两位发明者，罗伯特年，光谱分析法的两位发明者，罗伯特威廉威廉本本生及古斯塔夫生及古斯塔夫基尔霍夫共同制造了第一台分光计，它是基尔霍夫共同制造了第一台分光计，它是那个时代最灵敏的光谱分析工具，为光谱学的研究打下那个时代最灵敏的光谱分析工具，为光谱学的研究打下了坚实的基础，并引起了分光学这一领域的变革。了坚实的基础，并引起了分光学这一领域的变革。本生本生和基尔霍夫和基尔霍夫利用分光计不仅证实了夫琅禾费利用分光计不仅证实了夫琅禾费D D线是钠元素线是钠元素引起的，而且运用光谱分析法，分别于引起的，而且运用光谱分析法，分别于18601860年和年和18611861年年发现了铯和铷，并最先解释了发射线和吸收线的产生机发现了铯和铷，并最先解释了发射线和吸收线的产生机理。理。 (2)(2)分光计的分类和应用分光计的分类和应用 常见的比如原子吸收分光光度计、荧光分光光度计、可见分常见的比如原子吸收分光光度计、荧光分光光度计、可见分光光度计、红外分光光度计、紫外可见分光光度计等。不同种类光光度计、红外分光光度计、紫外可见分光光度计等。不同种类的分光计常应用在不同的领域：的分光计常应用在不同的领域： a a、原子吸收分光光度计是进行常量、微量金属（半金属）元、原子吸收分光光度计是进行常量、微量金属（半金属）元素分析的有力工具。素分析的有力工具。 b b、荧光分光光度计是用于扫描液相荧光标记物所发出的荧光、荧光分光光度计是用于扫描液相荧光标记物所发出的荧光光谱的一种仪器。光谱的一种仪器。 c c、可见分光光度计该设备具有透射比、吸光度、浓度直接测、可见分光光度计该设备具有透射比、吸光度、浓度直接测定、有自动调整峰值透射率等功能。定、有自动调整峰值透射率等功能。 d d、红外分光光度计是研究红外光谱必不可少的工具之一。、红外分光光度计是研究红外光谱必不可少的工具之一。 e e、紫外可见分光光度计广泛用于药品检验、药物分析、环境、紫外可见分光光度计广泛用于药品检验、药物分析、环境检测、卫生防疫食品、化工、科研等领域对物质进行定性、定量检测、卫生防疫食品、化工、科研等领域对物质进行定性、定量分析。分析。(3)(3)分光计的发展趋势分光计的发展趋势 分光计的发展趋势可以从下列几个方面来看：分光计的发展趋势可以从下列几个方面来看： a.a.分光计主结构的改善与发展，比如全息光栅取代分光计主结构的改善与发展，比如全息光栅取代机刻光栅，采用阵列型检测器，使用激光光源、具有双机刻光栅，采用阵列型检测器，使用激光光源、具有双波长快速扫描功能等；波长快速扫描功能等； b.b.自动化程度大大提高，比如从自检、排障到数据自动化程度大大提高，比如从自检、排障到数据处理等都实现计算机控制；处理等都实现计算机控制； c.c.重视适用附件的开发，方便用户；重视适用附件的开发，方便用户； d. d. 向小型化、数字化、便携式的方向发展。向小型化、数字化、便携式的方向发展。实验目的实验目的(1)(1)了解分光计的构造原理。了解分光计的构造原理。(2)(2)学习分光计的调节技术。学习分光计的调节技术。(3)(3)测定三棱镜的顶角。测定三棱镜的顶角。 分光计是一种具有代表性的基本光学仪器，有时也作分光计是一种具有代表性的基本光学仪器，有时也作为一种用光学方法测量角度的精密仪器。在光学实验中通为一种用光学方法测量角度的精密仪器。在光学实验中通过测定光线的各种角度往往可以确定某些物理量，比如折过测定光线的各种角度往往可以确定某些物理量，比如折射率、光栅常数等。射率、光栅常数等。 用分光计测量三棱镜顶角，不仅可以掌握分光计的调用分光计测量三棱镜顶角，不仅可以掌握分光计的调整和使用，同时还可以学习光学方法精确测量角度的方法。整和使用，同时还可以学习光学方法精确测量角度的方法。学好分光计的调整和使用，可以为今后使用其他精密光学学好分光计的调整和使用，可以为今后使用其他精密光学仪器（如单色仪、摄谱仪等）打下良好基础。仪器（如单色仪、摄谱仪等）打下良好基础。 实验仪器实验仪器分光计分光计( (JJY1JJY1) )、低压钠灯电源、光学平行平板、三棱镜、低压钠灯电源、光学平行平板、三棱镜重要仪器重要仪器分光计简介分光计简介 物理实验室常用的分光计是物理实验室常用的分光计是JJY1JJY1型，由望远镜、载物台、型，由望远镜、载物台、平行光管、读数装置和底座五部平行光管、读数装置和底座五部分组成。分组成。1 狭缝；2 狭缝锁紧螺钉；3 平行光管；4 制动架；5 夹持簧片；6 载物台；7 载物台调平螺钉；8 载物台锁紧螺钉；9 望远镜；10 目镜锁紧螺钉；11阿贝式自准直目镜；12 目镜视度调节手轮；13 光源筒；14 望远镜光轴高低调节螺钉；15 望远镜光轴水平调节螺钉；16 支臂；17 电源插孔；18 望远镜微调螺钉；19 望远镜止动螺钉；20 刻度盘与望远镜固联螺钉；21 底座；22 刻度盘；23 游标盘；24 电源；25 立柱；26 游标盘微调螺钉；27 游标盘止动螺钉；28 平行光管光轴水平调节螺钉；29 平行光管光轴高低调节螺钉；30 狭缝宽度调节手轮(1)(1)阿贝式自准直望远镜：阿贝式自准直望远镜：(3)(3)平行光管：用来获取平行光。平行光管：用来获取平行光。(2)(2)载物台：用来放置待测载物台：用来放置待测器件的，载物台有三个调器件的，载物台有三个调平螺钉用来调节，使载物平螺钉用来调节，使载物台面与旋转中心线垂直，台面与旋转中心线垂直，三个螺钉的连线呈正三角三个螺钉的连线呈正三角形。形。(4)(4)读数装置读数装置: :读数方法同游标卡尺。如图所示情形为读数方法同游标卡尺。如图所示情形为116116稍多一稍多一点，而游标上的第点，而游标上的第1212格恰好与刻度盘上的某一刻度对齐，因此该格恰好与刻度盘上的某一刻度对齐，因此该读数为读数为1161161212。(5)(5)底座底座: :呈三角形。呈三角形。使用该仪器时应注意：使用该仪器时应注意：1) 1) 分光计是较精密的光学仪器，不应在止动螺钉锁紧时强行转动望远分光计是较精密的光学仪器，不应在止动螺钉锁紧时强行转动望远镜，也不要随意拧动狭缝。镜，也不要随意拧动狭缝。2) 2) 测量前务必检查止动螺钉是否锁紧，若未锁紧，则数据不可靠。测量前务必检查止动螺钉是否锁紧，若未锁紧，则数据不可靠。 3) 3) 测量中应正确使用可使望远镜转动的微调螺钉，以便提高工作效率测量中应正确使用可使望远镜转动的微调螺钉，以便提高工作效率和测量准确度。和测量准确度。 4) 4) 测量前应调好游标盘的位置，使游标在测量过程中不被平行光管或测量前应调好游标盘的位置，使游标在测量过程中不被平行光管或望远镜挡住。望远镜挡住。 实验原理实验原理采用自准法测量三棱镜顶角。采用自准法测量三棱镜顶角。 利用望远镜自身产生平行光，利用望远镜自身产生平行光，先使棱镜先使棱镜ACAC面反射的十字像落在分面反射的十字像落在分划板上双十字叉丝上部的交点上，划板上双十字叉丝上部的交点上，记下刻度盘对称游标的方位角读数记下刻度盘对称游标的方位角读数和和。然后再转动望远镜（或载物台）使。然后再转动望远镜（或载物台）使BCBC面反射的十字像面反射的十字像与双十字叉丝的上交点重合，记下读数与双十字叉丝的上交点重合，记下读数和和，两次读数相减，两次读数相减即得顶角即得顶角的补角的补角 。 则三棱镜的顶角则三棱镜的顶角实验步骤实验步骤（1 1）分光计的调节分光计的调节 调好分光计的要求是：调好分光计的要求是： 平行光管出射平行光；平行光管出射平行光； 望远镜接收平行光；望远镜接收平行光； 平行光管和望远镜的光轴与分光计的中心转轴垂直，平行光管和望远镜的光轴与分光计的中心转轴垂直， 载物台中轴线与中心转轴重合。载物台中轴线与中心转轴重合。 具体调整步骤：具体调整步骤：1)1)目测粗调目测粗调 根据眼睛的粗略估计，调节望远镜和平行光管上的高低调根据眼睛的粗略估计，调节望远镜和平行光管上的高低调节螺钉，使它们的光轴大致与中心转轴垂直；调节载物台下节螺钉，使它们的光轴大致与中心转轴垂直；调节载物台下的三个水平调节螺钉，使其大致处于水平状态。的三个水平调节螺钉，使其大致处于水平状态。2)2)细调细调 采用自准调整法进行细调，这是在物面上成一个与物对称采用自准调整法进行细调，这是在物面上成一个与物对称的像为依据，来调整光路的方法。的像为依据，来调整光路的方法。接上电源，打开开关，调节目镜接上电源，打开开关，调节目镜；将反射镜放置在载物台上将反射镜放置在载物台上（如右图）。这（如右图）。这样放置的优点是：反射镜的俯仰，只需要调样放置的优点是：反射镜的俯仰，只需要调节载物台下的螺钉节载物台下的螺钉2 2或或3 3即可，而螺钉即可，而螺钉1 1的调的调节与反射镜的俯仰无关；节与反射镜的俯仰无关；放松目镜锁紧螺钉，前后拉动目镜套筒，调节物镜焦距，放松目镜锁紧螺钉，前后拉动目镜套筒，调节物镜焦距，使模糊的绿色亮十字清晰使模糊的绿色亮十字清晰；调节望远镜光轴和分光计中心转轴垂直。调节望远镜光轴和分光计中心转轴垂直。 采用二分之采用二分之渐近调节法调节绿十字像与分划板上部十字渐近调节法调节绿十字像与分划板上部十字叉丝重合叉丝重合，如图：，如图：调节平行光管光轴和分光计中心转轴垂直调节平行光管光轴和分光计中心转轴垂直。 a. a.调节平行光管使其产生平行光；调节平行光管使其产生平行光； b.b.调节平行光管光轴使其垂直于分光计中心转轴。调节平行光管光轴使其垂直于分光计中心转轴。（2 2）采用自准法测量三棱镜的顶角）采用自准法测量三棱镜的顶角 调节三棱镜的主截面与分光计中心转轴垂直。调节三棱镜的主截面与分光计中心转轴垂直。 在测量之前，必须调节三棱镜的主截面与分光计中心转在测量之前，必须调节三棱镜的主截面与分光计中心转轴垂直。轴垂直。 将三棱镜按图放在载物台上，使三个将三棱镜按图放在载物台上，使三个面分别与载物台调平螺钉的连线垂直。面分别与载物台调平螺钉的连线垂直。 转动载物台，在望远镜中找到转动载物台，在望远镜中找到ABAB面反射回来的十字像，面反射回来的十字像，调节螺钉调节螺钉2 2，使十字像与上部十字叉丝重合。然后找到，使十字像与上部十字叉丝重合。然后找到ACAC面面反射回来的十字像，调节螺钉反射回来的十字像，调节螺钉3 3，使十字像与上部十字叉丝，使十字像与上部十字叉丝重合。重复上述步骤几次，直到两个光学面反射的十字像重合。重复上述步骤几次，直到两个光学面反射的十字像均与上部十字叉丝重合。均与上部十字叉丝重合。测量三棱镜顶角测量三棱镜顶角 转动望远镜对准转动望远镜对准ACAC面，使反射回来的绿十字像与上面，使反射回来的绿十字像与上部十字叉丝重合，固定望远镜（位置部十字叉丝重合，固定望远镜（位置），从左、右），从左、右游标窗口读数游标窗口读数和和。，填入表格。再转动望远，填入表格。再转动望远镜对准镜对准ABAB面，使绿十字像与上部十字叉丝重合，固定面，使绿十字像与上部十字叉丝重合，固定望远镜（位置望远镜（位置），从左、右窗口读数），从左、右窗口读数和和 ，填入表格。填入表格。数据处理数据处理1 1）重复测量）重复测量6 6次，并将测得的游标读数填入表中。次，并将测得的游标读数填入表中。2 2）计算三棱镜的顶角）计算三棱镜的顶角 ，并求出，并求出A A的平均值。的平均值。3 3）估算出的测量不确定度）估算出的测量不确定度A A，写出结果表示。，写出结果表示。左游标窗口右游标窗口左游标窗口右游标窗口次数望远镜位置望远镜位置左游标窗口右游标窗口左游标窗口右游标窗口123456