实验一 分光计的调整测三棱镜折射率
实验时间： 2011.3.17 实验概述 【实验目的及要求】 1. 了解分光计的结构，学习正确调节和使用分光计的方法。 2. 用分光计测定三棱镜的顶角。 【仪器及用具】 分光计、钠灯等 【实验原理】 分光计是精确测定光线偏转角的仪器，可以用于测量材料的折射率、光源的光谱，在光谱学、材料特性、偏振光的研究、棱镜特性、光栅特性的研究中都有广泛的应用。 分光计是比较精密的仪器，构造精细，调节技术要求较高，使用时必须严格按规则调节，才能得到较高精度的测量结果． 实验原理： 分光计主要由５个部分组成，即底座、望远镜、载物平台、准直管和读数盘 １．底座 它是分光计的基座．中心轴线是分光计的转轴，望远镜、载物平台和读数盘可绕中心转轴转动，准直管装在一个底脚的立柱上． 2．自准直望远镜
图33-2(a)为望远镜示意图．它由自准目镜、全反射直角棱镜、分划板(十字叉丝)，物镜组成．常用的自准目镜有高斯式目镜和阿贝式目镜．实验室的分光计大多采用阿贝目镜．就是在目镜和分划板之间装有全反射直角棱镜，直角棱镜上刻有“十”字，从目镜观察，叉丝的一小部分被直角棱镜挡住．呈现它的阴影． （ａ） （ｂ） 图33-2 目镜筒套在安装分划板的套筒内。调节图33-1中所示的手轮８可改变目镜和分划板的距离．分划板套筒又套在物镜筒内，前后移动分划板套筒，可改变目镜和分划板相对于物镜的距离．若在物镜前放—平面镜，使平面镜镜面与望远镜光轴垂直，且分划板位于物镜焦平面上时，则焦平面(分划板)上发出的光(绿十字)经物镜后成平行光射于平面镜，由平面镜反射经物镜后在焦平面(分划板)上形成绿十字反射像，如图33-2(ｂ)所示． 望远镜的倾斜度可用螺丝10调节，通过螺丝14使望远镜与刻度盘相连．松开螺丝１5，望远镜可绕转轴转动．微调螺丝13能使望远镜在小范围内微动． 3．载物平台 载物平台套在仪器转轴上，是用来放置待测物体的．平台下面的3个螺丝19用来调节平台的倾斜度．松开螺丝11，平台可单独绕轴旋转或沿转轴升降．拧紧螺丝11，载物平台与游标盘相连．松开螺丝18，载物平台和游标盘一起绕转轴转动．拧紧螺丝18．微调螺丝17可使载物平台和游标盘同时微动． 4．准直管(平行光管) 准直管用来获得平行光．准直管的一端装有物镜。另一端是套筒（图33-３），套筒末图33-３ 端有一可变狭缝。狭缝宽度由螺丝l调节．前后移动狭缝套筒，可改变狭缝与物镜的距离．当狭缝位于物镜的焦平面上时，准直管发出平行光．调节螺丝20，可改变准直管的倾斜度． ５．读数盘 读数盘有内外两层，外层是主刻度盘，上面有的圆刻度。分度值为．内盘为游标盘，有两个相隔180o的角游标，分度值为．望远镜的方位由刻度盘和游标确定．为了消除刻度盘 图33-4 中心与仪器转轴之间的偏心差，测量时，两个游标都应读数．然后算出每个游标两次读数的
差．再取平均值．角游标的读数方法与游标卡尺的读数方法相似．如图33-４所示的位置，其读数为 实验内容 【实验方案设计】（测量及调节方法） 1．分光计的调节 分光计的调节要求是：望远镜聚焦于无穷远；准直管发出平行光；准直管与望远镜同轴并与分光计转轴正交．调节时，首先用目视法进行粗调。使望远镜、准直管和载物台面大致垂直于分光计转轴，然后按下述步骤和方法进行细调． (1)用自准法调节望远镜聚焦于无穷远． ①目镜视度的调节．点亮目镜照明小灯，转动目镜视度调节手轮８，使从目镜中能清晰地看到分划板上的黑十字叉丝． ②将平面镜轻轻贴住望远镜物镜镜筒，使平面镜与望远镜主轴基木垂直．前后移动分划板套筒．直至从目镜视场中观察到反射回的绿十字像清晰，且绿十字像与分划板上的叉丝间无视差，则望远镜聚焦于无穷远． (2)调节望远镜主轴垂直于仪器转轴． 图33-5-------图33-6 ①为了方便调节，将分划板套筒顺时针转动90o，使目镜视场变为图33-5所示． ②将平面镜按图33-6置于载物平台上，转动载物平台，使镜面与望远镜主轴大致垂直，从目镜中观察由平面镜反射回的绿十字像。 一般，由于置于载物台上的平面镜与望远镜不互相垂直，所以不能—下子观察到反射绿十字像． 轻缓转动载物平台，使镜面旋转一个小角度。 从望远镜外侧用眼睛观察从平面镜反射回的绿十字像，适当调节望远镜和载物平台的倾斜度，直到转动载物平台时，从目镜中能观察到反射回的绿十字像． ③通常，绿十字像水平线和分划板调整叉丝水平线(图33-5)不重合，可采用调节法来调节．调节望远镜的水平调节螺丝10，使两者水平线的差距减小—半；调节载物平台下的调节螺丝a或b)，使两者水平线重合． ④将载物平台旋转180o，重复步骤③．这样反复进行调节，直到平面镜的任何一面正对望远镜时．绿十字像与分划扳调整叉丝两者水平线都重合．说明望远镜主轴与平面镜的两个面都垂直，则望远镜主轴垂直于仪器转轴． (3)调节分划板上十字叉丝水平与垂直．转动载物平台，从目镜中观察绿十字像是否沿叉丝水平线平行移动，若不平行，则可转动分划板套筒使其平行(注意不要破坏望远镜的调焦),
到此，望远镜已调好，可作为基准进行其它调节． (4)调节准直管发出平行光且准直管主轴与转轴垂直 ①将已点亮的汞灯置于狭缝前，转动望远镜，从目镜中观察到狭缝的像，前后移动狭缝套筒，改变狭缝与准直管物镜之间的距离，使狭缝像最清晰，此时准直管即发出平行光． ②转动狭缝套筒．使狭缝呈水平，调节准直管的水平调节螺丝20，使狭缝像与测量用叉丝水平线重台，则准直管与望远镜共轴，即准直管主轴与仪器转轴垂直． 为了用于测量，转回狭缝套筒，使狭缝竖直放置，复查狭缝像是否清晰．如不清晰．按①中要求调节． 至此，分光计已调节完毕． 【实验过程】（应包括主要实验步骤、观察到的现象、变化的规律以及相应的解释等） 1. 用钠灯照亮狭缝，使准直管射出平行光束。 2. 测定最小偏向角 （1） 将待测棱镜按书图3—5所示放置在棱镜台上，转动望远镜至楚地看见钠光经棱镜折射后形成的黄色谱线. T1位置，便能清（2） 刻度内盘固定，缓慢转动载物平台，改变入射角，使谱线往偏向角减小的方向移动，用望远镜跟踪谱线观察、 （3） 当载物平台转到某一位置，该谱线不再移动，如继续按原方向转动载物平台，可看到谱线反而往相反方向移动，即偏向角变大。该谱线偏向角减小的极限位置即为最小偏向角位置。 （4） 反复试验，找出谱线反向移动的确切位置。固定载物平台，微动望远镜，使叉丝中间竖线对准谱线中心，记录望远镜在T1位置的读数v和v12 （5） 转动载物平台，使光线从待测棱镜的另一光学面入射，转动望远镜至对称位置，使光线向另一侧偏转，同上找出对应谱线的极限位置，相应的游标读数为v'1和v'2。 同一游标左右两次数值之差是最小偏向角的2倍，即 m(|v1v1||v2v2|)/4 ''
【数据表格】（画出数据表格，写明物理量和单位） 实验次数 1 2 3 【数据处理及结果】 v 1v'' 2'v1 14734 '''v’'2 '2742 20022 10749 2030 23415 '22740 32033 17410 '14021 35414 ’'5417 ’111''''''(|v2v2||v1v1|)=（|22740—10749|+|14734—2742|）22'=11951 =6009 'A180=1= =211'''’''(|v2v2||v1v1|)=（|14021—2030|+|32033—20022|）22'12001 =2A180=5959 '3=11''''’’(|v2v2||v1v1|)=（|35414—23415|+|17410—5417|）22'12016 'A3180=5944 A= 11''''(A1+A2+A3)=(6009+5959+5944)=5923 33A= (AA)=in(n1)239 ’
所求棱镜顶角A=AA=5923239 '’ 【讨论】 1．搞清原理，熟悉分光计后先目测，然后有目的地细调分光计，否则越调越乱。调节分光计时，每调好一步，调好的部件不要碰动。 2．测量时，游标盘一定要固定，望远镜和刻度盘一定要锁定。 3．决不能用手摸三棱镜、光学平面平板、物镜和目镜的光学表面。 指导教师评语及成绩 【评语】 成绩： 指导教师签名： 批阅日期：
