1、分光计调节与棱镜顶角测定 河南理工大学物理实验中心,SPECTROMETER: 简介 .,分光计是一种测量光线偏转角的仪器，因此又称测角仪。它象游标卡尺、示波器和万用表等仪器一样已被作为一种基本测量仪器广泛使用。比如测量玻璃的折射率、光源的波长、光速、棱镜偏向角、光谱分析和光栅衍射等等。,实验目的,实验仪器,实验原理,实验内容,实验数据,实验目的,1. 了解分光计的基本结构和工作原理，掌握分光计的调整方法； 2. 掌握测定棱镜顶角的方法； 3. 用最小偏向角法测定棱镜材料的折射率。,实验仪器,JJY-1型分光计，双面反射镜，三棱镜，钠光灯。,分光计的结构,平行光管发出平行光； 望远镜观察平行光
2、； 载物台放置光学器件； 刻度盘测量光线偏转角度。,平行光管结构,在圆筒平行光管的末端有一狭缝，其宽度由狭缝宽度调节手轮调节。狭缝整体被固定在一个可伸缩的套筒上。平行光管的另一端装有消色差透镜组。调整可伸缩的套筒，当被照亮的狭缝恰好位于透镜的焦平面上时，由平行光管出来的是平行光束，调整好狭缝的焦距后，可用狭缝装置锁紧螺丝锁定。平行光管的水平度可用平行光管光轴高低调节螺丝来调节。,望远镜,望远镜是由物镜和自准直目镜(内有分划板叉丝和小十字)组成的一个圆筒。照明望远镜内部视场(带有小十字的分划板叉丝)的小灯泡的光自筒下面进入望远镜中，通过与镜轴成45角的半透半反平玻璃反射照亮分划板叉丝和小十字。,
3、载物台结构,载物台是用来放置待测件的。 台面下方装有三个细纹螺丝，用来调节台面的倾斜角度。这三个螺丝的中心组成一个正三角形。松开载物台锁紧螺丝，载物台可以单独绕分光计中心轴转动，也可沿中心轴升降以适应不同待测件；旋紧载物台锁紧螺丝，载物台将与游标盘固定在一起。游标盘可用游标盘止动螺丝固定，然后用游标盘微动螺丝进行微调。,角度刻度盘结构及使用方法,分光计的角度刻度盘是用来确定望远镜方向的，它由主刻度圆环和游标盘组成。 主刻度圆环上均分了720个分格，每格0.5度。 游标盘有2个位置大致相差180度的游标。游标上均分了30个分格，相当于0.5度。它把测量的精密度提高到1分，这种游标结构称对径双游标
4、，是角度测量中常用的一种技术。使用对径双游标进行夹角测量可以消除偏心差。 角度刻度盘使用方法：先以游标上的零刻度线为基准，读出主刻度圆环上的整数格读数，再在游标上找出第几条刻度线与主刻度圆环上的刻度线对齐。,实验原理,1、 待测顶角为A角,先让望远镜正对AB边(反射叉丝与分划板垂线重合)，读出角位置 和 再让望远镜正对AC边，读出角位置 和 。望远镜转过的角度即为顶角A的2倍。,实验原理,2、最小偏向角法测三棱镜折射率,实验原理,一束单色平行光LF入射到棱镜上，经过两次折射后沿ER方向射出，则入射光线LF与出射光线ER间的夹角 称为偏向角，如图。转动三棱镜，改变入射角 ，出射光线的方向会随之改
5、变，即偏向角 会发生变化。沿 偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某 个位置时，若再继续沿此方向转动三棱镜，则偏向角将逐渐增大，此时 偏向角达到最小值，测出最小偏向角 。,可以证明棱镜材料的折射率n与顶角A及最小偏向角的关系式为：,实验内容,一、望远镜的调节要求及调节方法。 二、平行光管的调节要求及调节方法。 三、载物台的调节要求。 四、测三棱镜的顶角。 五、测三棱镜的折射率。,一、望远镜的调节要求及调节方法,1、望远镜目镜分划板上的叉丝必须调节到最清晰的状态。调节方法：调节目镜调焦手轮至叉丝最清晰。,2、望远镜必须对无穷远调焦，使其适合观察平行光。调节方法：采用自准法
6、调焦。打开小电源开关，把直角平面反射镜置于载物台上并使反射镜面与望远镜垂直。接着在目镜中寻找由反射镜反射过来的十字小孔的像(绿色十字，也可能是一团模糊的绿光)。看到后，松开目镜紧固螺丝，调节目镜在望远镜镜筒上的位置使绿色十字呈最清晰的状态，便调好了。调焦完毕应拧紧目镜紧固螺丝。,3 、望远镜的光轴必须调节到与分光计的主轴垂直。调节方法： 1）如何判断望远镜与反射镜垂直? 2）如何判断望远镜的光轴与仪器主轴垂直? 3）采用各半调节法。,1）如何判断望远镜与反射镜垂直,如果绿色十字处在叉丝上部 那个交叉点位置上时，则望远镜与反射镜垂直。,2）如何判断望远镜的光轴与仪器主轴垂直？,一块双面平面反射镜
7、竖直放置在载物台上，调节载物台面以及望远镜使望远镜与反射镜垂直参看右图），然后让反射镜绕仪器主轴旋转180度，此时如果望远镜仍然与反射镜垂直的话，那么说明平面镜的面与仪器主轴平行，则望远镜与主轴垂直。,3）各半调节法,各半调节法：如果要把望远镜调节到与反射镜垂直，不是单独调节望远镜或单独调节反射镜使其垂直。而是把调整量分成两半，一半通过调节望远镜来实现，另一半通过调节反射镜来实现。,二、平行光管的调节要求及调节方法,1. 平行光管必须出射平行光 调节方法：把望远镜转到对准平行光管，观察平行管狭缝的像，同时向外调节狭缝装置的位置，使像呈最清晰的状态。 2. 平行光管的光轴必须与望远镜的光轴共轴调
8、节方法：把狭缝装置绕轴旋转到望远镜看到的像呈水平状态，再调节平行光管倾斜度调节螺丝使狭缝的像与分划板上中间的那条细丝重合。 3. 狭缝必须呈竖直状态且缝的宽度适中,三、载物台的调节要求,载物台调节要求应视观测对象而定，其原则是：应保证光学器件放置在载物台上时，通过望远镜能够清晰地观察到形成的光学现象，且符合精确测量的要求。,四、测量棱镜的顶角,分光计调好后，将三棱镜置于载物台上，转动游标盘，使三棱镜的一个光学平面正对望远镜，此时可在望远镜中看到“十”字叉丝像。微调载物台下的螺钉( 注意：不能调节望远镜的俯仰)，使十字叉丝反射像与分划板的上叉丝重合。转动游标盘，使三棱镜的另一光学平面正对望远镜，
9、微调载物台下的螺钉，使十字叉丝反射像与分划板的上叉丝重合，反复调节，直至三棱镜两个光学平面反射回来的十字叉丝像均与分划板的上叉丝重合。此时三棱镜光学面的法线与望远镜光轴平行，入射面与游标盘平行。对两游标作一适当标记，分别称游标1和游标2，切记勿颠倒。旋紧度盘下螺钉，望远镜和刻度盘固定不动。转动游标盘，使棱镜面正对望远镜，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 。同一游标两次读数之差，即是载物台转过的角度，即棱镜的顶角：,五、测量最小偏向角及折射率,将三棱镜置于载物台上，分别放松游标盘和望远镜的制动螺丝，锁紧转座与刻度盘止动螺钉，使望远镜与外盘一起转动。转动游标盘（连同三棱镜）使平行光射入三棱镜的AC面，转动望远镜，在折射光线所在的AB面寻找狭缝的像。找到狭缝像后，向一个方向缓慢地转动游标盘（连同三棱镜），通过望远镜跟踪观察狭缝像的移动情况，找到随着游标盘转动而狭缝的像却开始向相反方向移动的“临界”位置，锁紧游标盘止动螺钉，轻轻地转动望远镜，使 分划板上竖 直线与狭缝像对准，记下左右游标指示的读 数 和 ，然后取下三棱镜，转动望远镜使它直接对准平行光管，并使分划板上竖直线与狭缝像重合，记下左右游标的读数 和 ，可得：,原始数据,
