南昌大学物理实验报告分光计的调节与使用

一实验目的

1了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法

2 掌握三棱镜的顶角的两种测量方法

3 测量三棱镜玻璃的折射率

二实验仪器

分光计、三棱镜、准直镜

三实验原理

1 棱镜玻璃折射率的测定：最小偏向角法测量

如图所示当时为最小，此时

设棱镜折射率为n，则

只要测得和就能用上式求得待测棱镜材料的折射率 。

四实验步骤

1 调节分光计

（1） 调整望远镜：ａ目镜调焦：清楚的看到分划板刻度线。ｂ调整望远镜对平行光聚焦：分划板调到物镜焦平面上。ｃ调整望远镜光轴垂直主轴：当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。（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面上，物镜将出射平行光。

2. 使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴。（1）调整载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，是镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。（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返回的十字象，只调节台下三螺钉，使其反射象都落在上十子线处。

2 自准法测量三棱镜顶角

转动游标盘，使棱镜AC正对望远镜记下游标１的读数和游标２的读数。再转动游标盘，再使AB面正对望远镜，记下游标１的读数和游标２的读数。同一游标两次读数误差或，即是载物台转过的角度Φ，而Φ是角的补角，＝Φ?π. 重复操作两次，记下数据。

3 测量最小偏向角

将待测棱镜放在载物平台上，转动望远镜，直至能从望远镜中看见待测线谱。慢慢转动有游标盘，使谱线偏向减小的方向移动，同时转动望远镜跟踪谱线。当棱镜无论向哪个方向移动，偏向角均增大时，谱线的极限位置就是棱镜对该谱线的最小偏向角的位置。使望远镜叉丝对准该谱线中心，读出望远镜在此位置的坐标值。

撤去三棱镜，转动望远镜使之正对平行光管，定位后再读出望远镜的角坐标，两次数值之差即为最小偏向角。再将三棱镜翻转180°，使光经过平行光管后从三棱镜的另一个侧面入射，重复测量最小偏向角，两次结果取平均。

五数据记录

由表格数据可计算

故

六思考题

1为什么利用自准法可以将望远镜调至接受平行光和垂直中心轴的正常工作状态？如何调整？

（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“准线”和带有绿色的小十字窗口（目镜对分划板调焦）。

（2）将双面镜放在载物台上如图所示，使双面镜的两反射面与望远镜大致垂直。轻缓地转动载物台，从侧面观察，判断从双面镜正、反两面反射的亮十字光线能否进入望远镜内。

（3）从望远镜的目镜中观察到亮十字像，前后移动目镜对望远镜调焦，使亮十字像成清晰像。再调准线与目镜间距离，使目镜中既能看清准线，又能看清亮十字像。注意准线与亮十字像之间有无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除。

此时分划板平面、目镜焦平面、物镜焦平面重合在一起，望远镜已聚焦于无穷远（即平行光经物镜聚焦于分划板平面上），能接受平行光了。

2调整望远镜光轴与分光计中心相互垂直为什么要用各半调法？如何应用各半调法？

若望远镜光轴与光学测角仪中心轴不垂直，双面镜反射像必然不会同时与“╪”准线的上交点重合，而是一个偏低，一个偏高，甚至只能看到一个十字反射像。这时需要认真分析，确定调节措施，切不可盲目乱调。先粗调：即先从望远镜外面目测，调节到从望远镜外能观察到两个十字反射像；然后再细调：从望远镜视场中观察，当无论以双面镜的哪一个反射面对准望远镜，均能观察到十字反射像时，分别调节望远镜方位和载物台平面，使准线与十字反射像重合。即转动载物台，使望远镜先对着双面镜的一个表面，若从望远镜中看到准线与十字反射像不重合，它们的交点在高低方面相差一段距离δ，此时调节望远镜倾斜度，使差距减小一半；再调节载物台螺丝，消除另一半距离使准线与十字反射像重合。然后将载物台旋转180°，使望远镜对着双面镜的另一面，采用同样方法调节，如此重复调整数次，直至转动载物台时，从双面镜前后两表面反射回来的十字像都能与准线重合为止。

第二篇：南昌大学分光计实验报告

分光计测三棱镜的折射率

【学习重点】

1. 了解分光仪的结构原理和调节方法

2. 测量棱镜的色散

3. 了解最小二乘法在曲线拟合中的应用

【仪器用具】

分光仪、玻璃棱镜、平面反射镜、低压汞灯

【预习重点】

1. 分光仪的结构原理

2. 分光仪的调节要求和调节方法

3. 待测棱镜的调节

4. 待测棱镜的顶角测量

5. 如何利用最小偏向角测量折射率及其与波长的关系及色散率

【背景知识】

1. 分光仪是一种测量光束偏转角的精密仪器，它可以精确地测量平行光的偏转角，是光学实验中的一种常用的仪器。分光仪一般由底座、望远镜、平行光管、载物台和读数装置组成。

（一）底座底座起着对整个仪器支撑的作用。在其中心有一固定的中心轴。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。

（二）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。

（三）平行光管平行光管地作用是产生平行光。它是由一个消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。

（四）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。

（五）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。注意：此实验为什么要用两个游标？可否能用一个游标，对实验结果是否有影响？

2. 分光仪的调节分光仪在用于测量前，必须达到以下状态才能使用：

a. 望远镜的光轴与仪器的转轴垂直并能对平行光能很好地成像.

b. 平行光管地光轴与仪器的转轴垂直并能出射平行光.

为达到上述要求,我们采用自准法调节望远镜,使之达到所要的状态.具体步骤如下:

a. 目测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.

b. 利用自准法将望远镜调焦于无限远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,调节平面反射镜和望远镜的俯仰使得从望远镜中能看到反射回来的叉丝像,这时对望远镜进行调焦,当反射回来的叉丝像变的最清晰,并且与叉丝之间没有视差时(怎样判断有无视差,如何消除?),叉丝与叉丝像都位于望远镜物镜的焦平面上.此时,望远镜就被调焦于

无限远.

c. 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2.1(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2.1(b)所示。再调

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2.1(c)所

示。之后，再将载物台旋转180^o ，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。在此实

验过程中,可否只用一次各半调节法来节望远镜,为

什么?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.

d. 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. 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2.2(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2.2(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。

3. 调节待测棱镜对放置在载物台上的棱镜也应满足下列两个条件:

平行光束在棱镜的主截面内传播.

棱镜的主截面必须与刻度盘平行,即棱镜的主截面垂直于仪器的转轴.思考,为什么要求这样做?

我们仍然借助望远镜作为标准来调节棱镜.注意,

此时是否还可以调节望远镜?将棱镜放置在载物

台上,应按图2.3中的方式放置.棱镜的一个光学

表面AB面对准望远镜,调节a2(或a3),使AB面反

射的叉丝像于叉丝重合.然后锁定载物台和游标盘,

转动游标盘让AC面对准望远镜,调节a1改变AC面

的俯仰,使AC面反射的叉丝像于叉丝重合.注意,是

否调节一次就可以了?为什么必须要按图2.3方式

放置棱镜?棱镜一经调节好,它在载物台上的位置

是否可以变动?

4. 测量棱镜的顶角如图2.4所示,测量棱镜顶角的方法有两种.测量必须是在分光仪和棱镜均已调节好的前提下进行的.

图2.4 测量棱镜的顶角

图2.4a的方法是利用望远镜进行的,转动游标盘先使AB面反射的叉丝像与叉丝重合,然后在转动游标盘使AC面发射的叉丝像与叉丝重合,这时游标盘转过的角度就是φ,则顶角 α=180⁰-φ.图2.4b的方法是同时利用平行光管和望远镜进行的.

4. 利用最小偏向角测量折射率由于透明材料的折射率是光波波长的函数,同一棱

图2.5 偏向角的测量方法

镜对不同的波长的光具有不同的折射率.不同的波长的光将产生不同的偏向而被分散开来偏向角的测量方法如图2.5所示.要求棱镜的放置必须如图所示,为什么? 转动载物台，使棱镜处于图2.5所示位置，（不要移动平台上的棱镜）先用眼睛直接找到折射光的大致方向，再用望远镜观察。当棱镜随着载物台的转动（即改变入射角ｉ₁）偏向角逐渐减小的时候，应使望远镜跟随一条光谱线（例如５４６.１ｎｍ绿线）转动。这个过程中会发现偏向角有一个最小值。即棱镜台转到某一个位置再继续转动，视场里的谱线不再沿着原方向移动，而开始向相反方向移动（偏向角反而变大）。这时把望远镜叉丝对准这个转折处的谱线，记录角位置φ₁的两个游标读数。然后使望远镜对准入射光（可从棱镜上方通过）读取入射光角位置读数φ₀，则最小偏向角δ_min＝｜φ₁－φ₀｜。

在本实验的目的是测量棱镜材料的折射率，根据棱镜的最小偏向角公式：