分光计的使用论文.doc

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1、 青海师范大学毕业论文论文题目：分光计实验教学的探讨系别： 物 理 系专业： 物 理 学班级： 09B学生姓名： 梅海鲁 学号：20091711222指导教师姓名：唐新科职称： 教授最后完成时间：2013年5月3号本科毕业论文（设计）题目审批表系别：物理系 班级：09B专业：物理学学生姓名梅海鲁学号20091711222指导教师唐新科职称教授所选题目名称： 分光计实验教学的探讨题目来源：指导教师推荐选题理由： 参加了第一期全国大学生物理实验竞赛的培训，已基本了解了分光计的调节方法，对分光计具有一定的了解。指导教师意见：年月日系（部）领导小组意见：年月日备注：本科毕业论文（设计）中期检查表系别：

2、物理系班级：09B专业：物理学论文（设计）题目： 分光计实验教学的探讨姓名梅海鲁学号20091711222指导教师唐新科职称教授计划完成时间：2012年5月5日毕业论文人（设计）的进度安排： 1. 毕业设计选题时间：2013年1月10日-3月10日 2论文初稿完成时间: 2013年4月20日 3论文中期检查时间：2013年4月30日 4毕业论文定稿时间：2013年5月5日 5毕业论文答辩时间：2013年5月8日10日完成情况：按计划完成指导教师意见：年月日备注：本科毕业论文（设计）指导教师评语系别：物理系班级：09B专业：物理系毕业论文（设计）题目： 分光计实验教学的探讨姓名梅海鲁学号2009

3、1711222指导教师唐新科职称教授指导教师给分：指导教师评语：年月日毕业论文（设计）分工情况：（多人合作研究时填写）备注：本科毕业论文（设计）答辩记录表系别：物理系 班级：09B专业：物理学毕业论文（设计）题目：分光计实验教学的探讨学生姓名梅海鲁学号20091711222指导教师唐新科职称教授答辩委员会名单：答辩委员会评语：答辩委员会主任：年月日答辩委员会给分：指导教师给分：毕业论文（设计）最终得分：备注：论文（设计）答辩记录答辩人姓名： 学号： 指导教师： 职称：论文（设计）题目： 答辩过程：由本人阐述自己论文中的基本论点和论据，再由小组成员进行提问，由答辩人回答。问题1：回答：问题2：回

4、答： 记录人：目录1.摘要2.英文摘要 3.引言4.正文 4.1.分光计的仪器结构 4.2.分光计的调节目标 4.3.分光计的调节方法 4.4.实验中学生常出现的问题 4.5.分析讨论 4.6.结束语5.参考文献分光计实验教学的探讨摘要：分光计在普通物理实验中经常使用，它虽然是一个测角度的仪器，但却能测量多种物理量，例如晶体折射率、光波波长、色散率等物理量等，采用的实验方法和相关物理理论的应用也是层出不穷。由于分光计结构较复杂,调节步骤多,实验有一定的难度,本文的主要目的是总结分析了分光计的调节原理以及实验教学中需要注意的难点。 关键词：分光计 调节 实验教学 英文摘要： The spectr

5、ometer is often used in the physical experiment. Although it is only a measuring apparatus, it can gauge a lot of physical quantity. Such as Crystal refractive index, the wavelength of light, dispersive power and so on. More important, Application of experimental methods and related theories of phys

6、ics also emerge in an endless stream.Since the complex structure, regulate multiple steps, experiment has the certain difficulty,So this paper will summarize and analyze the issues, and some instruments to spectrometer principle and experiment teaching.Key words:spectrometer;Regulation;experiment te

7、aching引言：分光计是一种能精确测量角度的光学仪器,是大学物理实验,专业光学实验中重要的物理实验仪器之一。然而由于该仪器比较精密,控制部件多而且调节复杂,采用的实验方法和相关物理理论的应用也是层出不穷。因此分光计的调节是最不容易被学生掌握,涉及到分光计的实验中，教师往往需要花费大量时间对分光计的调节进行讲解，学生也需要大量时间进行调节，这些时间的浪费直接导致学生进行实验的时间和数据处理的时间不足，所以实验效果欠佳。涉及到分光计的实验教学也成了物理实验教学中的难点。本文针对分光计实验教学中的学生调节难点和实验教学中的难点进行探讨分析并提出相应的解决方法。1.分光计的仪器结构1.1.分光计的类

8、型：目前实验室常用的分光计主要有JJY和FGY-01型两种。1.2.分光计的组成部分：分光计通常分为底座、望远镜、平行光管、载物台、读数系统四大部分。1.2.1.底座：底座起着对整个仪器支撑的作用。在其中心有固定的中心轴。望远镜、刻度盘以及游标均套在中心轴上，可以绕中心轴旋转。1.2.1.望远镜：望远镜通常是由物镜、叉丝、照明光源和目镜组成。在实验中望远镜大多用来观测平行光，因此相当于用望远镜观察无限远的物体。物镜将入射的平行光会聚在它的焦平面上，所以作为测量准线的叉丝也应位于物镜的焦平面上，这时目镜应处于在能清晰地看清叉丝地位置。1.2.3.平行光管：平行光管地作用是产生平行光。它是由一个消

9、色差地凸透镜和可变狭缝组成。当用光源照射狭缝，并将狭缝调节到凸透镜地焦平面上时，从平行光管出射地光就是平行光。1.2.4.载物台：载物台是用来放置被测元件的。载物台下面有三个调节螺丝，可以用来调节载物台的倾斜程度。1.2.5.读数装置：读数装置是由刻度盘和两个游标组成。两个游标相隔1800，并且在通过仪器的中心轴的直径上。2、分光计的调节目标 2.1.望远镜聚焦到无穷远。 2.2.望远镜的光轴与分光计的中心转轴垂直。 2.3.载物台台面与分光计的中心转轴垂直。 2.4.平行光管出射平行光,且光轴与望远镜的光轴共轴。3.分光计的调节方法为达到调节目标,必须对分光计进行细心的调节，其调节步骤主要分

10、为粗调和细调。3.1.粗调： 用眼睛从分光仪的各个侧面估测,使望远镜和平行光管大致与仪器的中心轴垂直.3.2.细调：3.2.1望远镜调焦于无穷远 将望远镜调焦于无穷远是使望远镜目镜的第一焦平面与物镜的第二焦平面重合。为此，先把载物台、望远镜调成水平，点亮目镜旁的小灯照亮叉丝，借助平面反射镜将叉丝像反射回来作为无限远的物。把目镜手轮旋出，然后一边旋进一边从目镜中观察，直至分划板上的黑十字线成象清晰为止，这时黑十字线就位于目镜焦平面上。图1 将平面镜按图1所示的方位放在载物台上。图中圆面为载物台面，b1,、b2、b3为载物台面的三个调节螺钉。转动望远镜，使镜面对着望远镜，在望远镜中寻找来自平面镜的

11、黄（或绿）色十字象。如果没有看到反射回来的亮十字象，则应适当改变望远镜和载物台的倾斜度，找到黄（或绿）色亮十字象后，调节望远镜调焦螺母，使亮十字成象清晰，同时当观察者眼睛左右晃动时，亮十字与分划板间无相对位移（即无视差）。此刻望远镜已聚焦于无穷远，即平行光能聚焦于黑十字线平面上。 3.2.用各半调节法使望远镜的光轴于仪器的转轴垂直 此时仍需借助平面反射镜来调节.从望远镜视场中观察，当无论以平面镜的哪一个反射面对准望远镜，均能观察到亮十字时，如从望远镜中看到准线与亮十字像不重合，它们的交点在高低方面相差一段距离如图2(a)所示。此时调整望远镜高低倾斜螺丝使差距减小为h/2，如图2(b)所示。再调

12、节载物台下的水平调节螺丝，消除另一半距离，使准线的上部十字线与亮十字线重合，如图2(c)所示。 之后，再将载物台旋转180o ，使望远镜对着平面镜的另一面，采用同样的方法调节。如此反复调整，直至转动载物台时，从平面镜前后两表面反射回来的亮十字像都能与分划板准线的上部十字线重合为止。这时望远镜光轴和分光计的中心轴相垂直，常称这种方法为逐次逼近各半调整法。此时,望远镜被调焦于无限远,同时望远镜的的光轴与仪器的中心转轴垂直.此时的望远镜将用于调节其它部分的标准,对望远镜的任何调节都将是被禁止的。 图 2 亮十字像与分板准线的位置关系 3.3.调节平行光管使之出射平行光,并且其光轴与仪器的中心转轴垂直

13、. 望远镜中看到清晰的狭缝像后，转动狭缝（但不能前后移动）至水平状态，调节平行光管倾斜螺丝，使狭缝水平像被分划板的中央十字线上、下平分，如图3(a)所示。这时平行光管的光轴已与分光计中心轴相垂直。再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差，位置如图3(b)所示。至此分光计已全部调整好，使用时必须注意分光计上除刻度圆盘制动螺丝及其微调螺丝外，其它螺丝不能任意转动，否则将破坏分光计的工作条件，需要重新调节。（a）（b）图3 狭缝像与分划板位置4.实验中学生常出现的问题 在实际教学中，学生往往对各半调节法能够掌握，但在实际操作中，由于望远镜的视野较小，学生又缺少实际的操作经验，往往找不到双

14、面反射镜前后两面的反射像。这里介绍实验教学里总结出的一些调节技巧：出现这种情况时，首先需要重复粗调的步骤，将载物台和望远镜仔细调节到大致水平的状态， 然后再用望远镜垂直对准反射镜，如果仍旧找不到反射像，可以将反射镜小幅的迅速左右来回摆动，同时上下微调望远镜的俯仰螺钉，这样就可以找到反射像，将反射像调节到上叉丝的交点上后，将载物台转过180 度，将反射镜另一面垂直对准望远镜，如果有反射像，就用各半调节法将其调节到上叉丝的交点上；如果没有反射像，还是用同样的方法，将反射镜小幅的迅速左右来回摆动，同时微调望远镜的俯仰螺钉，直到找到反射像为止，不过调节这一步时，需要注意俯仰螺钉的调节方向，以及调节的幅

15、度，要估计反射像调节到上叉丝交点的过程中，螺钉所调节的幅度，然后退回大约一半的幅度，再调节载物台的水平螺钉（b2和b3螺钉当中任意一个），使得反射像位于上叉丝的交点上；再将载物台转过180 度，大多数情况下反面的像应当还在视野当中，如果不在了，就是上一步对螺钉调节幅度的估计有较大误差，此时仍然是用上面同样的方法，调节出反射像，反复重复上述步骤，直到前后反射像都位于上叉丝的交点上，这样望远镜的光轴就严格垂直于分光计的中心轴了。5.分析讨论 5.1.分光计的最佳调节量公式定义叉丝与亮十字正确重合位置为坐标原点，取铅直向下为坐标轴正方向，固定望远镜，转动载物台（即转动平面镜），设粗调之后，观察第一个

16、反射面反射回来的亮十字坐标为，第二个反射面反射回来的亮十字坐标为，假定调节望远镜倾度螺钉M，使亮十字在视场中移动了，恰使望远镜光轴垂直于仪器转轴。那么第一和第二两个反射回来的亮十字坐标将依次分别为： 和 可证明： 由以上3个式子联立求解可得: 这就是固定望远镜不转动，而转动平面镜，根据平面镜两个反射面分别反射的亮十字坐标和的情况，调节望远镜倾度的最佳调节公式。 现举例说明如何运用公式：5.1.1.当= 5，时，则。即调望远镜倾度使亮十字向上移动2，再调载物台倾度使亮十字与目镜视场正上方叉丝重合。5.1.2.当，（即第二面重合，第一面不重合），则，即调第一面时只调望远镜使亮十字移动（），即向正确

17、重合位置移动一半，再调载物台倾度移动剩下的一半使之重合。这就是“各调一半”的理论证明。它表示调节这一面而不破坏另一面的状态。无论是粗调或者细调，或者在望远镜外面估计调节，运用上述最佳调节量公式或者各调一半的方法都能快速调好分光计。按最佳调节量公式，不但调好了这一面，而且另一面也基本调好了；如果按各调一半的原则调节，调好这一面，另一面的状况不发生改变或者改变很少。凡调好了一个面，对另一面进行调节，都要按各调一半的原则进行调节。而且“各调一半”简单易学易记，初学者只要记住和掌握各调一半的方法就行了。5.2.分光计的读数和偏心误差5.2.1.读数刻度圆盘分为360，最小分格值为30。游标上的30个分

18、格等于主尺上的29个最小分格，所以游标最小分格值为1。 角度的读法，类似于一般游标尺的读法。 注意：当望远镜沿角度增加方向转动某角度，且角过读数盘中的360，此时应是 式中为转前读数，为转后读数。若未过306，则 反之，望远镜沿着角度减小方向转动角且过360，则应是 未过360 图 4 5.2.2.消偏心差 为了提高读数的精度，每次测量从刻度盘两侧左、右游标读数。目的是消去刻度盘的中心“O”与游标中心“O”（即仪器转轴）不重合所产生的偏心差，见图1-10，设游标绕实际转角为，从刻度盘上读出的是和，由几何关系可得，故得上式说明，用左右游标读数分别得到、，再取其平均值即是实际转角。6.结束语 分光计实验中,分光计调节是个难点和重点。在实验教学过程中,将分光计的结构、成像的光路原理以及两像移动的规律讲解清楚,能够帮助初学者对实验仪器和实验方法进行积极思考,深入理解实验以及操作要领,提高实验课的教学质量。参考文献:1魏臻,何晓明.大学普通物理实验.青海人民出版社. 1994年2张雄,王黎智.分光仪上的综合与设计性物理实验.科学出版社 .2009年3张涛华,赵慈,孙凤兰.分光计调节方法的探讨.物理通报.20024高海林,高扬.分光计的调整技巧.实验室科学.2008年