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1、分光计的调节与使用,郑州大学物理实验中心,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。,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。,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。,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
2、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）。,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。,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
3、两游标所示的读数。,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,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
4、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。,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
5、、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。,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。,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
6、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。,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,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
7、，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：,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。,实验内容三棱镜的调节及顶角
8、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。,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
9、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。,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。,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。,
