指导书-13用分光计测三棱镜顶角

/用分光计测三棱镜顶角分光计是精确测定光线偏转角的仪器，还可以用它测量折射率、色散率、光波波长等。分光计装置较精密，结构较复杂，调节要求也较高，所以初学者要注意了解其基本结构和测量光路,严格按要求和步骤耐心进行调节。【实验目的】１、了解分光计的结构和各部件的作用。2、掌握分光计的调整要求和调整方法.3、学会用分光计测量角度。【实验仪器】分光计、双面反射镜、低压汞灯、三棱镜。【实验原理】分光计是光学实验中基本的、常用的仪器，又称光学测角仪,其结构如图15-1所示。它主要由望远镜、平行光管、载物台和分度盘组成,其中平行光管是固定的,望远镜、载物台、分度盘、游标盘都可绕仪器中心轴转动。1.狭缝宽度调节手轮2.狭缝锁紧螺钉3.平行光管仰俯调节螺钉4。平行光管5.游标盘微调手轮6。载物台7．载物台调平螺钉8。望远镜９.调焦手轮1０。望远镜仰俯调节螺钉１１.目镜视度调节手轮12．望远镜支架13.望远镜微调螺钉1４.底座1５.游标刻度盘１6。游标盘微调手轮17.载物台锁紧螺钉图15－1ＪＪ—2型分光计（1）望远镜：望远镜结构如图１5—２所示，由物镜５、分划板1(板上刻有十字叉丝）和目镜２组成。调节目镜可改变分划板到目镜的距离,使叉丝调到目镜的焦平面上，调节分划板的位置改变分划板到物镜的距离,可使分划板处在物镜的焦平面上。如果配合调节目镜可使分划板即在目镜的焦平面上，同时亦在物镜的焦平面上,此时望远镜能接受平行光.１．分划板2。目镜3。小棱镜4。侧窗5。物镜图15-2望远镜结构示意图望远镜采用阿贝式自准直目镜，分划板上紧贴一个直角三棱镜3，在棱镜的直角面上有一个被光源照亮（光线通过直角三棱镜的斜边平面反射)的带颜色的十字,其中心位置与分划板上方的十字线交点对称。如图1５－3所示。如果在载物台上放置一块双面平行的平面反射镜，并使其反射面和望远镜光轴大体垂直,则十字发出的光通过物镜后经反射面反射回来,在分划板上将形成十字反射像，适当调节可使十字反射像无视差地落在分划板上，且与上方十字线中心重合,表明望远镜与反射镜面垂直,且可接受平行光。这种方法称为自准直法.++图1５—3（2）平行光管:平行光管的作用是产生平行光,由一个装有狭缝的套管和一个透镜组成,狭缝的宽度和位置均可调节。调节狭缝宽窄调节螺钉,调狭缝调焦手轮，伸缩狭缝套筒,当狭缝正好在透镜的焦平面上时，通过狭缝的光束经过透镜即成平行光。(3）载物台:载物台是用来放置待测器件的。载物台的下方有三个调平螺钉，若需调整和固定台面高度，放松或锁紧载物台下方水平螺钉和转轴螺钉即可。(4）分度盘：可与望远镜固定在一起,绕分光计中心轴转动。利用它和与载物台固定在一起的游标盘，可以测出望远镜转过的角度。【实验内容与步骤】分光计的调整分光计的调整要求是:１)望远镜能够接受平行光;2）平行光管能发出平行光;3)望远镜和平行光管等高同轴且与分光计的中心轴相垂直。为达到上述要求，须完成以下调整工作：1．调节望远镜使之能接受平行光（1）目镜调焦:目的是使眼睛通过目镜可以清楚地看到分划板上的刻线（叉丝）,即分划板位于目镜的焦平面上。为此,慢慢转动目镜调焦手轮，使目镜前后伸缩，至刻线成像清晰即可。(2)望远镜调焦：目的是将分划板调整到物镜的焦平面上,即望远镜聚焦无穷远。具体方法是:先把望远镜下方螺钉调到适中位置,使望远镜筒大致水平。在载物台中央放一块双面反射镜,让载物台下两个调平螺丝的连线垂直于镜面,如图15-４所示。使镜的反射面与望远镜光轴大致垂直。然后打开望远镜照明灯开关，从目镜中可见一亮斑，调节望远镜的调焦手轮,前后移动物镜筒，可使亮斑聚成清晰的亮十字像,且与叉丝无视差，此时望远镜能接受平行光。2．调节望远镜的光轴使其垂直于仪器转轴acb图15-4（1)平面镜反射回来的十字像，一般和分划板上方的十字线并不重合，可调节载物台螺钉ｂ（或c），或望远镜筒下的螺钉，使十字像和上十字线完全重合。但需采用“acb图15-4（２）转动游标盘连同载物台及小平面镜且使之转动180０，从望远镜中找到亮十字像。此像一般不与上十字线重合,此时仍用“各半调节法”使亮十字像与上十字完全重合.（3）将载物台连同小平面镜转动1800，重复以上步骤,直到两个反射面反射的十字像总是与上十字叉丝重合。注意在其后的调节和实验中均不得再动望远镜（除绕仪器转轴转动外）。若在步骤(2）中转动载物台后不见十字像，这是因为望远镜视场较小所致,可用眼睛直接从平面镜中寻找亮十字像,根据眼睛与目镜中心的相对位置,适当调节调平螺钉ｂ(或c）,或望远镜倾度螺钉,直到眼睛在望远镜光轴高度上平视时，在平面镜中可找到亮十字像为止。此时,可在望远镜中找到亮十字像。3．调节平行光管（1）调节平行光管使之产生平行光。目的是把狭缝调整到平行光管透镜的焦平面上.方法是：点燃汞灯，将狭缝照亮，转动望远镜，对准平行光管,就可在望远镜中找到狭缝像.放松狭缝套管螺钉，前后移动狭缝套管，以便从望远镜中看到清晰地狭缝像,且使像与望远镜分划板竖叉丝无视差。这时,平行光管可发出平行光。(2)调整平行光管与仪器转轴垂直。以望远镜为标准,只需使平行光管与望远镜光轴平行且等高,则平行光管光轴必与仪器转轴垂直。将狭缝转过900,调节平行光管倾度螺钉,使狭缝像与分划板中心的横叉丝重合,再将狭缝转过９０0，则狭缝像被分划板中心等分，锁紧狭缝紧固螺钉。ABABC底面abc图15-51．调节棱镜主截面与仪器转轴垂直,即待测三棱镜的两个光学表面的法线应与分光计中心轴相垂直.为此,可根据自准原理,用已调好的望远镜来进行调整。先将载物台调整到适当高度，再将三棱镜按如图1５-5所示安放在载物台上，然后转动载物台,使棱镜的一个折射面ＡB正对望远镜，调节载物台调平螺钉a或c,使十字像与上十字叉丝重合(注意：此时望远镜下的倾度螺丝已调好,不能再调）。再转动载物台，使三棱镜另一折射面AC正对望远镜，调节载物台另一调平螺钉b达到自准。重复以上步骤,直到两反射像都与上十字叉丝重合。2。棱镜顶角的测量。测量三棱镜顶角的方法有反射法及自准法两种，我们采用反射法。ABCIII图15-6如图15—６所示，将三棱镜放在载物台上，并使棱镜顶角对准平行光管，则平行光管射出的光束照在棱镜的两个折射面上。将望远镜转至Ⅰ处，找到狭缝像，并使望远镜分划板竖线与像重合，固定望远镜,从两个窗口读出角度和,再将望远镜转至Ⅱ处，仿前确定Ⅱ处角度和。由图1５-6可得顶角为：，再重复测量两次，计算顶角的平均值.ABCIII图15-6【数据记录与处理】