1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分光計(jì)的調(diào)整和三棱鏡折射率的測(cè)定大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分光計(jì)的調(diào)整和三棱鏡折射率的測(cè)定大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分光計(jì)的調(diào)整和三棱鏡折射率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)二十分光計(jì)的調(diào)整和三棱鏡折射率的測(cè)定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?認(rèn)識(shí)分光計(jì)的構(gòu)造,掌握調(diào)理和使用分光計(jì)的方法。2認(rèn)識(shí)測(cè)定棱鏡頂角的方法。3用最小傾向角法測(cè)定棱鏡玻璃的折射率?！緦?shí)驗(yàn)器械】分光計(jì)、鈉燈、三棱鏡、雙面平面鏡。【實(shí)驗(yàn)原理】分光計(jì)是一種常用的光學(xué)儀器，實(shí)質(zhì)上就是一種精巧的測(cè)角儀，在幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，主要用來(lái)測(cè)定棱鏡角、光束的傾向角等，而在物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，加上分光元件（棱鏡、光柵）即可作為分光儀器，用來(lái)察看、丈量光譜線的波長(zhǎng)等。下邊以學(xué)生型分光計(jì)（JJY型）為例，說(shuō)明它

2、的構(gòu)造、工作原理和調(diào)理方法。一、分光計(jì)的構(gòu)造分光計(jì)主要由底座、望遠(yuǎn)鏡、平行光管、載物平臺(tái)和刻度圓盤(pán)等幾部分構(gòu)成，每部分均有特定的調(diào)節(jié)螺釘，圖5-11-1為JJY型分光計(jì)的結(jié)構(gòu)外型圖。1分光圖5-11-1分光計(jì)計(jì)的底1-狹縫裝置2-狹縫裝置鎖緊螺釘3-平行光管4-制動(dòng)架（一）5-載物臺(tái)6-載物臺(tái)調(diào)理螺釘（3只）座要求7-載物臺(tái)鎖緊螺釘8-望遠(yuǎn)鏡9-目鏡鎖緊螺釘10-分劃板11-目鏡調(diào)理手輪12-望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)理螺釘安穩(wěn)而13-望遠(yuǎn)鏡水平調(diào)理螺釘14-望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺釘15-轉(zhuǎn)座與刻度盤(pán)制動(dòng)螺釘16-望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺釘17-制堅(jiān)固。動(dòng)架（二）18-底座19-轉(zhuǎn)座20-刻度盤(pán)21-游標(biāo)盤(pán)22-游標(biāo)盤(pán)微調(diào)螺釘2

3、3-游標(biāo)盤(pán)制動(dòng)螺釘24-平在底座行光管水平調(diào)理螺釘25-平行光管仰角調(diào)理螺釘26-狹縫寬度調(diào)理手輪的中央固定著中心軸，望遠(yuǎn)鏡、刻度盤(pán)和游標(biāo)內(nèi)盤(pán)套在中心軸上，可以繞中心軸旋轉(zhuǎn)。2平行光管固定在底座的立柱上，它是用來(lái)產(chǎn)一世行光的。其一端裝有消色差的匯聚透鏡，另一端裝有狹縫的圓筒，狹縫的寬度依據(jù)需要可在圍內(nèi)調(diào)理。0.022范3望遠(yuǎn)鏡安裝在支臂上，支臂與轉(zhuǎn)座固定在一同，套在主刻度盤(pán)上，它是用來(lái)察看目標(biāo)和確立光芒的流傳方向。望遠(yuǎn)鏡由目鏡系統(tǒng)和物鏡構(gòu)成，為了調(diào)理和丈量，物鏡和目鏡之間還裝有分劃板，它們分別置于內(nèi)管、外管和中管內(nèi)，三個(gè)管相互可以相圖5-11-2望遠(yuǎn)鏡構(gòu)造圖5-11-3分劃板對(duì)挪動(dòng)，也可以用螺

4、釘固1-物鏡2-外管3-分劃板4-中管5-目鏡系統(tǒng)6-內(nèi)管7-小燈1-鏡面反射像2-上十定，如圖字線3-十字窗口5-11-2所示，在中管的分劃板下方緊貼一塊450全反射小棱鏡，棱鏡與分劃板的粘貼部分涂成黑色，僅留一個(gè)綠色的小十字窗口，照明小燈發(fā)出的光芒從小棱鏡的另向來(lái)角邊入射，從450反射面反射到分劃板上，透光部分在分劃板上便形成一個(gè)光明的十字窗。4分光計(jì)上控制望遠(yuǎn)鏡和刻度盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的有三套構(gòu)造，正確運(yùn)用它們關(guān)于丈量很重要，詳細(xì)以下：（1）望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)和微動(dòng)機(jī)構(gòu)，圖5-11-1中的16、14；（2）分光計(jì)游標(biāo)盤(pán)制動(dòng)和微動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，圖5-11-1中的23、22；（3）望遠(yuǎn)鏡和刻度盤(pán)的離合控制機(jī)構(gòu)，圖5

5、-11-1中的15。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡或挪動(dòng)游標(biāo)地點(diǎn)時(shí)，都要先松開(kāi)相應(yīng)的制動(dòng)螺釘；微調(diào)望遠(yuǎn)鏡及游標(biāo)地點(diǎn)時(shí)要先擰緊制動(dòng)螺釘。要改變刻度盤(pán)和望遠(yuǎn)鏡的相對(duì)地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先松開(kāi)它們間的離合控制螺釘，調(diào)整后再擰緊。一般是將刻度盤(pán)的00線置于望遠(yuǎn)鏡下，可以防備在測(cè)角度時(shí)，00線通過(guò)游標(biāo)惹起的計(jì)算上的不方便。5載物平臺(tái)是一個(gè)用以擱置平面鏡、棱鏡、光柵等光學(xué)元件的圓形平臺(tái)，套在游標(biāo)內(nèi)盤(pán)上，可以繞經(jīng)過(guò)平臺(tái)中心的鉛直軸轉(zhuǎn)動(dòng)和起落。當(dāng)平臺(tái)和游標(biāo)盤(pán)（刻度內(nèi)盤(pán)）一同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，控制其轉(zhuǎn)動(dòng)的方式與望遠(yuǎn)鏡同樣，也是粗調(diào)解微調(diào)兩種。平臺(tái)下有三個(gè)調(diào)理螺釘，可以改變平臺(tái)臺(tái)面與鉛直軸的傾斜度。6望遠(yuǎn)鏡和載物平臺(tái)的相對(duì)方向可由刻度盤(pán)上的讀數(shù)確立。主

6、刻圖5-11-4分光計(jì)的察看系統(tǒng)度盤(pán)上有003600的圓刻度，分度值為30。為了提升角度丈量精巧度，在內(nèi)盤(pán)上相隔1800設(shè)有兩個(gè)游標(biāo)，游標(biāo)上有30個(gè)分格，它和主刻度盤(pán)上29個(gè)分格相當(dāng)，所以分度值為1。讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺的游標(biāo)原理同樣（該處稱(chēng)為角游標(biāo)）。記錄丈量數(shù)據(jù)時(shí)，為了除去刻度盤(pán)的刻度中心和儀器轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的偏愛(ài)差，必然同時(shí)讀取兩個(gè)游標(biāo)的讀數(shù)。安置游標(biāo)地點(diǎn)要考慮詳細(xì)實(shí)驗(yàn)狀況，主要注意讀數(shù)方便，且盡可能在丈量中刻度盤(pán)00線不經(jīng)過(guò)游標(biāo)。記錄與計(jì)算角度時(shí)，左右游標(biāo)分別進(jìn)行，防備混雜算錯(cuò)角度。二、分光計(jì)的調(diào)理分光計(jì)是在平行光中察看有關(guān)現(xiàn)象和丈量角度，所以應(yīng)達(dá)到以下三個(gè)要求：平行光管發(fā)出平行光；望遠(yuǎn)鏡能

7、接受平行光；望遠(yuǎn)鏡、平行光管的光軸垂直儀器公共軸。用分光計(jì)進(jìn)行察看時(shí)，其察看系統(tǒng)基本上應(yīng)由以下三個(gè)平面構(gòu)成，如圖5-11-4所示。讀值平面：這是讀取數(shù)據(jù)的平面，由主刻度盤(pán)和游標(biāo)環(huán)繞中心轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的。對(duì)每一詳細(xì)的分光計(jì)，讀值平面都是固定的，且和中心主軸垂直。察看平面：由望遠(yuǎn)鏡光軸繞儀器中心轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)所形成的。只有當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光軸與轉(zhuǎn)軸垂直時(shí)，察看面才是一個(gè)平面，不然，將形成一個(gè)以望遠(yuǎn)鏡光軸為母線的圓錐面。待測(cè)光路平面：由平行光管的光軸和經(jīng)過(guò)待測(cè)光學(xué)元件（棱鏡、光柵等）作用后，所反射、折射和衍射的光芒所共同確立的。調(diào)理載物平臺(tái)下方的三個(gè)調(diào)理螺釘，可以將待測(cè)光路平面調(diào)理到所需方向。按調(diào)理要求，應(yīng)將此

8、三個(gè)平面調(diào)理成相互平行，不然，測(cè)得角度將與實(shí)質(zhì)角度有些差別，即引入系統(tǒng)偏差。1調(diào)理望遠(yuǎn)鏡和載物平臺(tái)（1）目鏡調(diào)焦這是為了使眼睛經(jīng)過(guò)目鏡能清楚地看到圖5-11-3所示分劃板上的刻線。調(diào)接方法是把目鏡調(diào)焦手輪輕輕旋出，或旋進(jìn)，從目鏡中觀看，直到分劃板刻線清楚為止。（2）調(diào)理望遠(yuǎn)鏡對(duì)平行光聚焦實(shí)質(zhì)是將分劃板調(diào)到物鏡焦平面上，調(diào)整方法以下：1）把目鏡照明，將雙面平面鏡放到載物臺(tái)上，為了調(diào)理方便，平面境與載物臺(tái)下三個(gè)調(diào)理螺釘?shù)南鄬?duì)地點(diǎn)如圖5-11-5所示。2）粗調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸與鏡面垂直目測(cè)將望遠(yuǎn)鏡調(diào)成水平、載物臺(tái)水平，使鏡面大概與望遠(yuǎn)鏡垂直。3）察看與調(diào)理鏡面反射像固定圖5-11-5載物臺(tái)上雙面鏡擱置的俯

9、視望遠(yuǎn)鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤(pán)，于是載物臺(tái)跟著一同轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)平面鏡使其正好對(duì)著望遠(yuǎn)鏡時(shí)，在目鏡中應(yīng)看到一個(gè)綠色十字跟著鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)而動(dòng)，這就是亮十字的反射像。假如像有些模糊，只需沿軸向挪動(dòng)目鏡筒，直到像清楚、忽視差，再旋緊螺釘，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡已聚焦平行光。3）調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器主軸垂直當(dāng)鏡面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直時(shí)，它的反射像應(yīng)落在目鏡分劃板上與下方十字窗對(duì)稱(chēng)的十字線中心，如圖5-11-3所示。平面鏡繞軸轉(zhuǎn)1800后，假如另一鏡面的反射像也落在此處，這表示鏡面平行儀器主軸。自然，此時(shí)與鏡面垂直的望遠(yuǎn)鏡光軸也與儀器主軸垂直。在調(diào)整過(guò)程中出現(xiàn)的某些現(xiàn)象是何原由？調(diào)整什么？應(yīng)怎樣調(diào)整，這是要分析清楚的。比方，是調(diào)載物臺(tái)？

10、仍是調(diào)望遠(yuǎn)鏡？調(diào)到什么程度？下邊簡(jiǎn)述之。1）載物臺(tái)傾角沒(méi)調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假定望遠(yuǎn)鏡光軸圖5-11-6載物臺(tái)傾角沒(méi)調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整原理直儀器主軸，但載物臺(tái)沒(méi)調(diào)好，如圖5-11-6所平面鏡A面反射光偏上，0已垂傾角示。載物偏圖5-11-7望遠(yuǎn)鏡光軸沒(méi)調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整原理下，在目鏡中看到的現(xiàn)象是A面反射像在B面反射像的上方。明顯，調(diào)整方法是把B面像（或A面像）向上（或向下）調(diào)到兩像點(diǎn)距離的一半，這一步要頻頻進(jìn)行，最后使鏡面A和B的像落在分劃板上同一高度。2）望遠(yuǎn)鏡光軸沒(méi)調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整假定載物臺(tái)已調(diào)好，但望遠(yuǎn)鏡光軸不垂直儀器主軸，如圖5-11-7所示。在圖中，不論平面鏡A面仍是B面，反射光都偏上，反

11、射像落在分劃板上十字線的上方。在圖(b)中，鏡面反射光都偏下，反射像都落在分劃板上十字線的下方。顯然，調(diào)整方法是只需調(diào)整望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)理螺釘（12），把像調(diào)到上十字線上即可，如圖（c）。3）載物臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡光軸都沒(méi)調(diào)好的表現(xiàn)及調(diào)整表現(xiàn)是兩鏡面反射像一上一下。先調(diào)載物臺(tái)螺釘，使兩鏡面反射像像點(diǎn)等高（但像點(diǎn)衰敗在上十字線上），此后，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)理螺釘（12），把像調(diào)到上十字線上。2調(diào)整平行光管發(fā)出平行光并垂直儀器主軸實(shí)質(zhì)是將被照明的狹縫調(diào)到平行光管物鏡焦平面上，物鏡將出射平行光。調(diào)整方法是：取下平面鏡，關(guān)掉目鏡照明光源，狹縫瞄準(zhǔn)照明光源，使望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向平行光管方向，在目鏡中察看狹縫的像，沿軸向挪動(dòng)狹

12、縫套筒，直到像清楚。這表示光管已發(fā)出平行光。再將狹縫轉(zhuǎn)向橫向（水平），調(diào)理螺釘（25），將狹縫的像調(diào)到中心橫線上，如圖5-11-8（a）所示。這表示平行光管光軸已于望遠(yuǎn)鏡光軸共線，所以也垂直儀器主軸。螺釘（25）不可以再動(dòng)。最后，將狹縫調(diào)成豎直，鎖緊螺釘（2）。如圖5-11-8（b）所示。三、用最小傾向角法測(cè)定三棱率如圖5-11-9，一束單色光以i1角面上，經(jīng)棱鏡兩次折射后，從AC面出射角為i2。入射光和出射光的夾角向角。當(dāng)棱鏡頂角A一準(zhǔn)時(shí)，傾向小隨入射角i1的變化而變化。而當(dāng)圖5-11-8平行光管光軸與望遠(yuǎn)鏡光軸共線為最?。ㄗC明可參閱光學(xué)教材中的容）。此時(shí)的傾向角稱(chēng)為最小傾向角，記為min。

13、由圖5-11-9中可以看到，此時(shí)有mini1A2i1i12鏡的折射入射到AB折射出來(lái)，稱(chēng)為偏角的大i1=i2時(shí)，有關(guān)內(nèi)i1A，25-11-1）得圖5-11-9三棱鏡最小傾向角原理圖設(shè)棱鏡折射率為n，由折射定律得sinminAsini12（5-11-2）nsinAsinA22A和最小傾向角由此可知，要求得棱鏡的折射率n，必然測(cè)出其頂角min?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1調(diào)整分光計(jì)，使其處于工作狀態(tài)。調(diào)整方法見(jiàn)以上所述。2使三棱鏡的光學(xué)表面垂直望遠(yuǎn)鏡光軸1）調(diào)載物臺(tái)的上下臺(tái)面大概平行，將棱鏡放到載物平臺(tái)上，使棱鏡三邊與臺(tái)下三個(gè)螺釘?shù)倪B線所成三邊相互垂直，如圖5-11-10所示，這樣，調(diào)理一個(gè)螺釘可以調(diào)理棱鏡光學(xué)

14、表面的傾斜度。（2）接通目鏡照明光源，遮住從圖5-11-10三棱鏡在載物臺(tái)上的正確方圖5-11-11測(cè)棱鏡頂角平行光管射來(lái)的光。轉(zhuǎn)動(dòng)載物平臺(tái)，在望遠(yuǎn)鏡中察看從三棱鏡的兩個(gè)光學(xué)表面AC和AB反射回來(lái)的十字像，只調(diào)臺(tái)下三個(gè)螺釘，使其反射像都落到上十字線處，如圖5-11-11所示。調(diào)理時(shí)，切莫?jiǎng)勇葆敚?2）。注意：每個(gè)螺釘調(diào)理的動(dòng)作要輕，并同時(shí)察看它對(duì)各側(cè)面反射像的影響。棱鏡調(diào)好后，其地點(diǎn)不可以再動(dòng)。3測(cè)棱鏡頂角對(duì)兩游標(biāo)作一適合標(biāo)志，分別稱(chēng)左游標(biāo)和右游標(biāo)，在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，且勿顛倒。扭緊刻度盤(pán)下螺釘（15）、（16），望遠(yuǎn)鏡和刻度盤(pán)固定不動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤(pán)，使棱鏡AC面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，如圖5-11-11所示。分

15、別記下左、右游標(biāo)的讀數(shù)1和2。再轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤(pán)，再使棱鏡AB面正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，再分別記下左、右游標(biāo)的讀數(shù)1和2。同一游標(biāo)兩次讀數(shù)之差11或22，即是載物臺(tái)轉(zhuǎn)過(guò)的角度，所以11222，而是A角的補(bǔ)角，即頻頻丈量3次，數(shù)據(jù)填入表5-11-1中。4測(cè)三棱鏡的最小傾向角（1）使平行光管狹縫瞄準(zhǔn)鈉光燈光源。（2）松開(kāi)望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺釘（16）和游標(biāo)盤(pán)制動(dòng)螺釘（23），把載物臺(tái)及望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至如圖5-11-12中所示的地點(diǎn)（1）圖5-11-12丈量最小傾向角處，再左右輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，找出棱鏡折射出的光芒。3）輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)（改變?nèi)肷浣莍1），望遠(yuǎn)鏡中將看到光芒跟著挪動(dòng)。改變i1，使光芒往減小的方向挪動(dòng)（即向頂角A方向挪動(dòng)

16、）。望遠(yuǎn)鏡跟著光芒挪動(dòng)，直到棱鏡連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而光芒開(kāi)始反向挪動(dòng)（即傾向角反而變大）為止。這個(gè)反向挪動(dòng)的轉(zhuǎn)折地點(diǎn)，就是光芒以最小傾向角射出的方向。固定載物臺(tái)（鎖緊螺釘23），微動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使其分劃板上的中心豎線瞄準(zhǔn)譜線。（4）丈量記下此時(shí)兩游標(biāo)的讀數(shù)1和2。取下三棱鏡（載物臺(tái)保持不動(dòng)），轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)平行光管，即圖5-11-12中（2）的地點(diǎn)，以確立入射光的地點(diǎn)，再記下兩游標(biāo)的讀數(shù)1和2。此時(shí)該光芒的最小傾向角為頻頻進(jìn)行三次，將數(shù)據(jù)填入表5-11-2中。將min值和測(cè)得的棱鏡A角均勻值代入式（5-11-2）計(jì)算n。并計(jì)算出折射率的不確立度?！緮?shù)據(jù)表格及辦理】實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算（1）三棱鏡的頂角A600（）最小傾向角min38049（）棱鏡玻璃的折射率（）不確立度的計(jì)算求UA三棱鏡的頂角直接取A600，所以只需取A的B類(lèi)不求Umin求Un結(jié)果表達(dá)式【注意事項(xiàng)】1、分光計(jì)在調(diào)整好后，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中望遠(yuǎn)鏡和平行光管的水平調(diào)理螺釘不可以