分光计的调节与使用实验报告

实验名称：_____分光计的调节与使用______

 姓名___    _   学号_     _

班级_         实验日期_  2013.12.19_  _

温度___ 2℃___   同组者  ___  无_____ 

（一）实验目的：

1、掌握分光计的调整技术和技巧；

2、用分光计测三棱镜的一个顶角；

（二）实验仪器：

分光计、玻璃三棱镜、平面镜、汞灯。

（三）实验原理：

折射率是光学中的一个基本物理量，也是物质的一个主要参数，折射率的测量是光学实验的一个重要组成部分。

1、  用分光计测量棱镜折射率

1：狭缝装置            2：狭缝装置锁紧螺丝               3：准直管

4：制动架（二）        5：载物台         6：载物台调平螺丝  

7：载物台锁紧螺丝       8：望远镜       9：望远镜锁紧螺丝      

10：阿贝式自准直目镜       11：目镜视度调节手轮       12：望远镜光轴高低调节螺丝

13：望远镜光轴水平调节螺丝      14：望远镜微调螺丝       15：转轴与度盘止动螺丝

16：望远镜止动螺丝         17：制动架（一）                 18：底座

19： 转座            20、21：度盘、游标盘             

22：游标盘微调螺丝     23：游标盘止动螺丝      24：准直管光轴水平调节螺丝

25：准直管光轴高低调节螺丝             26：狭缝宽度调节手轮

                      图 19-1     分光计的结构

分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。光学中的许多基本量如波长、折射率等都可以直接或间接地表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波长、折射率，此外还能精确地测量光学平面间的夹角。许多光学仪器（棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等）的基本结构也是以它为基础的，所以分光计是光学实验中的基本仪器之一。使用分光计时必须经过一系列精细调整才能得到准确的结果，它的调整技术是光学实验中的基本技术之一，必须正确掌握。本实验的目的就在于着重训练分光计的调整技术和技巧，并用它来测量三棱镜的偏向角，进而测量棱镜玻璃的折射率。

（1）分光计的结构

分光计主要由底座、平行光管、望远镜、载物台和读数圆盘五部分组成。外形如图19-1所示。

1）  底座——中心有一竖轴，望远镜和读数圆盘可绕该轴转动，该轴也称为仪器的公共轴或主轴。

2）平行光管——是产生平行光的装置，管的一端装一会聚透镜，另一端是带有狭缝的

圆筒，狭缝宽度可以根据需要调节。

3）望远镜——观测用，由目镜系统和物镜组成，为了调节和测量，物镜和目镜之间还装有分划板，它们分别置于内管、外管和中管内，三个管彼此可以互相移动，也可以用螺钉固定，如图19-2所示。在中管的分划板下方紧贴一块45^o全反射小棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一个绿色的小十字窗口。光线从小棱镜的另一直角边入射，从45^o反射面反射到分划板上，透光部分便形成一个在分划板上的明亮的十字窗。

图 19- 2

4）载物台——放平面镜、棱镜等光学元件用，台面下的三个螺钉可调节台面的倾斜角

度，平台的高度可悬松螺钉（7）升降，调到合适位置再锁紧螺钉。   

    5）读数圆盘——是读数装置，由可绕仪器公共轴转动的刻度盘和游标盘组成。度盘上

刻有720等分刻线，格值为30^‘。在游标盘对称方向设有两个角游标，这时因为读数时，要

读出两个游标处的读数值，然后取平均值，这样可消除刻度盘和游标盘的圆心与仪器主轴的轴心不重合所引起的偏心误差。

    读数方法与游标卡尺相似，这里读出的是角度。读数时以角游标零线为准，读出刻度盘上的度值，再找游标上与刻度盘上刚好重合的刻线为所求的分值，如果游标零线落在半度刻线之外，则读数应加上30^‘。

（2）分光计的调整原理和方法

    调整分光计，最后要达到下列要求：

①     平行光管发出平行光；

②     望远镜对平行光聚焦（即接收平行光）；

③     望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。

分光计调整的关键是调好望远镜，其他的调整可以以望远镜为标准。

    1）调整望远镜

① 目镜调焦

 这是为了使眼睛通过目镜能清楚地看到如图19-3所示分划板上的刻线。调焦方法使把目镜调焦手轮轻轻旋出，或悬进，从目镜中观看，直到分划板刻线清晰为止。

② 调望远镜对平行光聚焦

这是要将分划板调到物镜焦平面上，调整方法是：

(a) 把目镜照明，将双面平面镜放到载物台上。为了便于调节，平面镜和载物台下三个调节螺钉的相对位置如图19-4所示。

       图 19- 3                           图 19-4

(b)粗调望远镜光轴与镜面垂直——用眼睛估测一下，把望远镜调成水平，再调载物台螺钉，使镜面大致与望远镜垂直。

   （c）观察与调节镜面反射像——固定望远镜，双手转动游标盘，于是载物台跟着一起转动。转到平面镜正好对着望远镜时，在目镜中应看到一个绿色亮十字随着镜面转动而动，这就是镜面反射像，如果像有些模糊，只要沿轴向移动目镜筒，直到像清晰，再旋紧螺钉，则望远镜已对平行光聚焦。

③ 调整望远镜光轴垂直仪器主轴

当镜面与望远镜光轴垂直时，它的反射像应落在目镜分划板上与下方十字窗对称的上十字线中心，如图19-3所示。平面镜绕轴转180^o后，如果另一镜面的反射像也落在此处，这表明镜面平行仪器主轴。当然，此时与镜面垂直的望远镜主轴也垂直仪器主轴。

在调整过程中出现的某些现象是何原因？调整什么？应如何调整？这些都是在实验中需要特别注意的。例如，是调载物台？还是调望远镜？调到什么程度？下面举例说明：

   （a）载物台倾角没调好的表现及调整

 假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾角没调好，如图19-4所示。平面镜A面反射光偏上，载物台转180^o后，B面反射光偏下。在目镜中看到的现象是A面反射像在B面反射像的上方。显然，调整方法是把B面像（或A面像）向上或（向下）调到两像点距离的一半，使镜面A和B的像落在分划板上同一高度。

（b）望远镜光轴没调好的表现及调整

           假设载物台已调好，但望远镜光轴不垂直仪器主轴，如图19-5所示。在图（a）中，无论平面镜A面还是B面，反射光都偏上，反射像落在分划板上十字线的上方。在图（b）中，镜面反射光都偏下，反射像都落在上十字线的下方。显然，调整方法是只要调整望远镜仰角调节螺钉（12），把像调到上十字线上即可，见图（c）。

    （c）载物台和望远镜光轴都没调好的表现及调整

           表现是两镜面反射像一上一下。先调载物台螺钉，使两镜面反射像像点等高（但像点没落在上十字线上），再把像调到上十字线上

2）  调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴

将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦平面上，物镜将出射平行光。

调整方法是：取下平面镜和目镜照明光源，狭缝对准前方水银灯光源，使望远镜转向平行光管方向，在目镜中观察狭缝像，沿轴向移动狭缝筒，直到像清晰，这表明光管已发出平行光。再将狭缝转向横向，调螺钉（25），将像调到中心横线上，如图19-6所示。这表明平行光管光轴已与望远镜光轴共线，所以也垂直仪器主轴。螺钉（25）不能再动。再将狭缝调成垂直，锁紧螺钉.

                  

（四）实验内容及步骤： 

   1、用分光计测量棱镜玻璃的顶角。

（1）   用平面镜调整分光计；

（2）       使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴

① 调载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，使棱镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直，如图19-11所示。试分析这样放置的好处。

     ② 接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光。转动载物台，在望远镜中观察从侧面AC和AB反射回来的十字像，只调台下三螺钉，使其反射像都落到上十字线处。调节时，切莫动螺钉（12）。

        （3）  测棱镜顶角A；

           对两游标作一适当标记，分别称游标1和游标2，旋紧度盘下螺钉（16）、（17），望远镜和刻度盘固定不动。转动游标盘，使棱镜AC面正对望远镜，如图19-12所示。记下游标1的读数θ₁和游标2的读数θ₂。再转动游标盘，使AB面正对望远镜，记下游标1的读数θ^‘₁和游标2的读数θ^’₂。同一游标两次读数之差|θ₁-θ^‘₁|或|θ₂-θ^’₂|，即是载物台转过的角度Φ，取个平均值即是A角的补角，A=π-Φ。

（五）数据处理：

计算平均值得：  

因此，         

（六）实验总结：

1.在调整十字的时候要通过二步法，而且可以每次的调整幅度都小一点，确保另一侧的十字仍在视野内。即每个螺钉的调节要轻微，要同时观察它对各侧面反射像的影响。

2.在调整的过程中，平面镜或棱镜都不可移动，因为稍微移动一下，就可能会前功尽弃。

3.粗调十分重要，要确保两侧都可以观察到十字再进行细调。

4.用分光计测量角度十分精准。

 

第二篇：实验报告分光计

【实验名称】分光计

【目的要求】

1.       了解分光计的结构, 作用和工作原理;

2.       掌握分光计的调节要求, 方法和使用规范;

3.       用分光计测定三棱镜的顶角;

4.       用掠入射法测定玻璃的折射率;

5.       用三棱镜的最小偏向角法测定玻璃的折射率.

【仪器用具】

【3号仪器】分光计, 玻璃三棱镜, 钠光灯, 平面反射镜, 毛玻璃.

【实验原理】

1.测定玻璃三棱镜的顶角

当三棱镜主载面与仪器转轴垂直时, 由光路图可知, 当入射光沿垂直AB, AC方向入射时, 其夹角. 故顶角. 为消除偏心差提高精度, 我们读两次数, 则有:

.......................................................... .

2.用掠入射法测定玻璃的折射率

用单色光(钠黄光)照射顶角为 A的三棱镜, 入射角为 i, 经两次折射后以Φ角射出. 则根据下页图, 由折射定律我们有:

其中n_o为空气折射率, 可近似为1; n为玻璃折射率.

由r和r’的几何关系得到:

掠入射时, 因此我们有折射率的公式:

.............................................................................. .

3.用三棱镜的最小偏向角法测定玻璃的折射率

如图所示,光线经三棱镜折射产生偏向角, 当光路关于棱镜中截面对称时,  δ最小, 为δ_m,.设顶角A, 空气折射率为.

则:

.............................................................................. .

【实验内容】

1.调光路

a)调节望远镜聚焦于无穷远.旋转望远镜目镜可使分划瓣上“”刻线清晰. 调节镜筒可使平面镜反射回来的“＋”在分划板上成像清晰. 此时望远镜聚焦于无穷远.

b)调节望远镜光轴垂直于仪器转轴.调节载物台调平螺钉及望远镜仰角调节螺钉, 最终使平面镜转动180°前后反射回来的“＋”都与“”刻线上面的那个“＋”重合. 调节时可先使平面镜与三个螺钉中的两个的连线共面, 调节第三个螺钉, 完成后将平面镜转90°再次调节, 此时不应再动望远镜的仰角螺丝.

c)调节平行光管产生平行光. 粗调平行光管使其与望远镜共轴,对准光源后再细调, 使狭缝的像清晰并与“”刻线中的竖线平行.

d)调节平行光管仰角螺丝使狭缝的像在目镜中关于中线对称. 则平行光管光轴与转轴垂直.

2.测三棱镜顶角

将三棱镜置于载物台上, 使其一侧面与望远镜光轴垂直. 调节载物台平面使棱镜面反射回来的“＋”与“”刻线上的上面那个“＋”重合. 再转动载物台至另一镜面同样调节. 反复调节使“＋”始终落与“”刻线的上面那个“＋”. 读出两次望远镜垂直于镜面时的刻度.

3.掠入射法测玻璃折射率

目测使光源光线与棱镜一面平行. 在光源前加毛玻璃得到单色扩展光源. 旋转望远镜观察折射光, 当刻线与折射光明暗分界线重合时记录刻度值. 再使望远镜垂直棱镜寻找法线刻度值.

4.测最小偏向角

将平行光管对准光源, 望远镜与平行光管位置关于棱镜对称. 从目镜观察折射光, 旋转棱镜对观察折射光在目镜中的移动, 当其向一边移动达到极值时固定棱镜, 再旋转望远镜使期中“” 刻线中线对准折射光. 记录此时刻度值. 保持平行光管不动, 旋转望远镜直接观察平行光, 记录刻度值.

【实验数据】

1.三棱镜顶角A.

三棱镜顶角A测量数据

其中的值由公式得到. 由于刻度盘有时绕过的方向不同, 有时测得的是A有时是, 由计算得:

2.掠入射法测得的折射率n.

掠入射法测得的折射率n数据

代入公式,计算得玻璃折射率:

3.最小偏向角法测得的折射率n.

三棱镜的最小偏向角法测定玻璃的折射率n数据

代入公式,计算得玻璃折射率:

【分析与讨论】

虽然实验课本里一再强调光路的平行对实验的影响多么多么重要, 但是在真的动手做起来的时候, 却发现没有多少人真的那么认真的对待这个问题. 每个分项目都要重新调节一次光路的平行, 可见实际上是没有一次为真正平行的, 而只是某个侧面上接近平行而已. 另外第三号实验仪器的位置不太好, 在寻找明暗分界线的时候是在是一种折磨, 最后竟然还要走到桌子缝里才能看到.