分光计的调节与使用实验报告.pdf

1、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 _ 2 0 1 3 .1 2 .1 9 _ _温 度 _ _ _ 2 _ _ _ 同 组 者 _ _ _ 无 _ _ _ _ _ （ 1） 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 ；（ 2） 实 验 仪 器 ：分 光 计 、 玻 璃 三 棱 镜 、 平 面 镜 、 汞 灯 。 （ 3）

2、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 1 0 ： 阿 贝 式 自 准 直 目 镜 1 1 ： 目 镜 视 度 调 节

3、 手 轮 1 2 ： 望 远 镜 光 轴高 低 调 节 螺 丝1 3 ： 望 远 镜 光 轴 水 平 调 节 螺 丝 1 4 ： 望 远 镜 微 调 螺 丝 1 5 ： 转 轴 与度 盘 止 动 螺 丝1 6 ： 望 远 镜 止 动 螺 丝 1 7 ： 制 动 架 （ 一 ） 1 8 ： 底 座1 9 ： 转 座 2 0 、 2 1 ： 度 盘 、 游 标 盘 2 2 ： 游 标 盘 微 调 螺 丝 2 3 ： 游 标 盘 止 动 螺 丝 2 4 ： 准 直 管 光 轴 水 平调 节 螺 丝2 5 ： 准 直 管 光 轴 高 低 调 节 螺 丝 2 6 ： 狭 缝 宽 度 调 节 手 轮图 1

4、 9 -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

5、 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

6、 部 分组 成 。 外 形 如 图 1 9 -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

7、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 1 9 -2 所 示 。 在中 管 的 分 划 板 下 方 紧 贴 一 块 4 5 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 4 5 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 1 9 - 24 ）

8、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 7 2 0 等 分 刻 线 ， 格 值 为 3 0 。 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 ，

9、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 3 0 。（ 2 ） 分 光 计 的 调 整 原 理 和 方 法调 整 分 光 计 ，

10、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 目 镜 调 焦这 是 为 了 使 眼 睛 通 过 目 镜 能 清 楚 地 看 到 如 图 1 9 -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 ，

11、 从 目 镜 中 观 看 ， 直到 分 划 板 刻 线 清 晰 为 止 。 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 1 9 -4 所 示 。图 1 9 - 3 图 1 9 -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

12、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 。 调 整 望 远 镜 光 轴 垂 直 仪 器

13、 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 1 9 -3 所 示 。 平 面 镜 绕 轴 转 1 8 0 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

14、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 1 9 -4所 示 。 平 面 镜 A面 反 射 光 偏 上 ， 载 物 台 转 1 8 0 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

15、 （ 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 1 9 -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

16、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 （ 1 2 ） ， 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

17、 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 （ 2 5 ） ， 将 像 调 到 中 心 横 线 上 ， 如 图 1 9 -6 所 示 。 这 表 明 平 行 光 管光 轴 已

18、 与 望 远 镜 光 轴 共 线 ， 所 以 也 垂 直 仪 器 主 轴 。 螺 钉 （ 2 5 ） 不 能 再动 。 再 将 狭 缝 调 成 垂 直 ， 锁 紧 螺 钉 .角度 1 2 1 2 1 2数据 79 55259 58320 140 3119 55119 28（ 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 调 载 物 台 的 上 下 台 面 大 致 平 行 ， 将 棱 镜 放 到 平 台 上 ， 使 棱

19、镜 三边 与 台 下 三 螺 钉 的 连 线 所 成 三 边 互 相 垂 直 ， 如 图 1 9 -1 1 所 示 。 试 分 析 这样 放 置 的 好 处 。 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 （ 1 2 ） 。（ 3 ） 测 棱 镜 顶 角 A；对 两 游 标 作 一 适 当 标 记 ， 分 别 称 游 标 1 和

20、游 标 2 ， 旋 紧 度 盘 下 螺 钉（ 1 6 ） 、 （ 1 7 ） ， 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 1 9 -1 2 所 示 。 记 下 游 标 1 的 读 数 1 和 游 标 2 的 读 数 2 。再 转 动 游 标 盘 ， 使 AB面 正 对 望 远 镜 ， 记 下 游 标 1 的 读 数 1 和 游 标 2 的 读数 2 。 同 一 游 标 两 次 读 数 之 差 |1 -1 |或 |2 -2 |， 即 是 载 物 台 转 过 的 角 度， 取 个 平 均 值 即 是 A角 的 补

21、角 ， A=-。 （ 5） 数 据 处 理 ： 计 算平 均值得 ： 因 此 ， （ 6） 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 。