1、實驗7.1.2 分光計的調節與使用分光計是精確測定光線偏轉角的儀器，也稱測角儀。光學中的許多基本量如波長，折射率等都可以直接或間接地表現為光線的偏轉角，因而利用它可測量波長、折射率，此外還能精確的測量光學平面間的夾角。許多光學儀器（棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、分光光度計、單色儀等）的基本結構也是以它為基礎的，所以分光計是光學實驗中的基本儀器之一。使用分光計時必須經過一系列的精細的條整才能得到準確的結果，它的調整技術是光學實驗中基本技術之一，必須正確掌握本實驗的目的就在于著重訓練分光計的調整技術和技巧，并用它來測量三棱鏡的偏向角實驗原理分光計的結構分光計主要由底座、平行光管、望遠鏡、載物臺和讀數圓盤

2、五部分組成。外形如圖7.1.2-1所示。（） 底座中心有一豎軸，望遠鏡和讀數圓盤可繞該軸轉動，該軸也稱為儀器的公共軸或主軸。（） 平行光管是產生平行光的裝置，管的一端裝一會聚透鏡，另一端是帶有狹縫的圓筒，狹縫寬度可以根據需要調節。（） 望遠鏡觀測用，由目鏡系統和物鏡組成，為了調節和測量，物鏡和目鏡之間還裝有分劃板，它們分別置于內管、外管和中管內，三個管彼此可以相互移動，也可以用螺釘固定。參看圖7.1.2-2，在中管的分劃板下方緊貼一塊全反射小棱鏡，棱鏡與分劃板的粘貼部分涂成黑色，僅留一個綠色的小十字窗口光線從小棱鏡的另一直角邊入射，從反射面反射到分劃板上，透光部分便形成一個在分劃板的明亮的十字

3、窗。（） 載物臺放平面鏡、棱鏡等光學元件用臺面下三個螺釘可調節臺面的傾斜角，平臺的高度可旋松螺釘（7）升降，調到合適位置再鎖緊螺釘。（） 讀數圓盤是讀數裝置。格值為分。在游標盤對稱方向設有兩個角游標。這是因為讀數時，要讀出兩個游標處的讀數值，然后取平均值，這樣可消除刻度盤和游標盤的圓心與儀器主軸的軸心不重合所引起的偏心誤差。讀數方法與游標卡尺相似，這里讀出的是角度。讀數時，以角標零線為準，讀出刻度盤上的度值，再找游標上與刻度盤上剛好重合的刻線為所求之分值。如果游標零線落在半度刻線之外，則讀數應加上。分光計的調整原理和方法調整分光計，最后要達到下列要求： 平行光管發出平行光； 望遠鏡對平行光聚焦

4、（即接收平行光）； 望遠鏡、平行光管的光軸垂直儀器公共軸。分光計調整的關鍵是調好望遠鏡，其他的調整可以以望遠鏡為標準。調整望遠鏡1）目鏡調焦這是為了使眼睛通過目鏡能清楚的看到圖7.1.2-3所示分劃板上的刻線。調焦方法是把目鏡調焦手輪請輕輕旋出，或旋進，從目鏡中觀看，直到分劃板刻線清晰為止。2） 調望遠鏡對平行光聚焦這是要將分劃板調到物鏡焦平面上，調整方法是：（a） 把目鏡照明，將雙平面鏡放到載物臺上。為了便于調節，平面鏡與載物臺下三個調節螺釘的相對位置如圖7.1.2-4。（b）粗調望遠鏡光軸與鏡面垂直用眼睛估測一下，把望遠鏡調成水平，再調載物臺螺釘，使鏡面大致與望遠鏡垂直。（c）觀察與調節鏡

5、面反射像固定望遠鏡，雙手轉動游標盤，于是載物臺跟著一起轉動。轉到平面鏡正好對著望遠鏡時，在目鏡中應看到一個綠色亮十字隨著鏡面轉動而動，這就是鏡面反射像。如果像有些模糊，只要沿軸向移動目鏡筒，直到像清晰，再旋緊螺釘，則望遠鏡已對平行光聚焦。）調整望遠鏡光軸垂直儀器主軸當鏡面與望遠鏡光軸垂直時，它的反射像應落在目鏡分劃板上與下方十字窗對稱的上十字線中心，見圖7.1.2-3。平面鏡繞軸轉后，如果另一鏡面的反射像也落在此處，這表明鏡面平行儀器主軸。當然，此時與鏡面垂直的望遠鏡光軸也垂直儀器主軸。在調整過程中出現的某些現象是何原因？調整什么？應如何調整，這是要分析清楚的。例如，是調載物臺？還是調望遠鏡？

6、調到什么程度？下面簡述之。（a） 載物臺傾角沒調整好的表現及調整假設望遠鏡光軸已垂直儀器主軸，但載物臺傾角沒調好，見圖7.1.2-5。平面鏡面反射光偏上，載物臺轉后，反射光偏下。在目鏡中看到的現象是面反射像在面反射像的上方。顯然，調整方法是把面像（或面像）向上（向下）調到兩像點距離的一半，使鏡面和的像落在分劃板上同一高度。（b） 望遠鏡光軸沒調好的表現及調整假設載物臺已調好，但望遠鏡光軸不垂直儀器主軸，見圖7.1.2-6。在圖（a）中，無論平面鏡面還是面，反射光都偏上，反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，反射像都落在十字線的下方。顯然，調整方法是只要調整望遠鏡仰角調

7、節螺釘（12），把像調到上十字線上即可，見圖（c）。(c) 載物臺和望遠鏡光軸都沒調好的表現和調整方法表現是兩鏡面反射像一上一下。先調載物臺螺釘，使兩鏡面反射像像點等高（但像點沒落在上十字線上），再把像調到上十字線上，見圖7.1.2-6（c）。(2) 調整平行光管發出平行光并垂直儀器主軸將被照明的狹縫調到平行光管物鏡焦平面上，物鏡將出射平行光。調整方法是：取下平面鏡和目鏡照明光源，狹縫對準前方水銀燈光源，使望遠鏡轉向平行光管方向，在目鏡中觀察狹縫像，沿軸向移動狹縫筒，直到像清晰。這表明光管已發出平行光，為什么？再將狹縫轉向橫向，調螺釘（25），將像調到中心橫線上，見圖7.1.2-7（a）。這表

8、明平行光管軸已與望遠鏡光軸共線，所以也垂直儀器主軸。螺釘（25）不能再動。再將狹縫調成垂直，鎖緊螺釘，見圖7.1.2-7（b）。用最小偏向角法測三棱鏡材料的折射率見圖7.1.2-8，一束單色光以i角入射到AB面上，經棱鏡兩次折射后，從AC面折射出來，出射角為i。入射光和出射光之間的夾角稱為偏向角。當棱鏡頂角一定時，偏向角的大小隨入射角i的變化而變化。當ii時，為最?。ㄗC明略）。這時的偏向角稱為最小偏向角，記作min。由圖7.1.2-8中可以看出，這時（1）設棱鏡材料折射率為n，則故 （2）由此可知，要求得棱鏡材料折射率n，必須測出其頂角和最小偏向角。實驗內容1調整分光計（要求與調整方法見原理部

9、分）2使三棱鏡光學側面垂直望遠鏡光軸（1）調載物臺的上下臺面大致平行，將棱鏡放到平臺上，使棱鏡三邊與臺下三螺釘的連線所成三邊相互垂直，見圖7.1.2-9。試分析這樣放置的好處。（2）接通目鏡照明光源，遮住從平行光管來的光。轉動載物臺，在望遠鏡中觀察從側面AC和AB反射回來的十字像，只調臺下三螺釘，使其反射像都落到上十字線處，見圖7.1.2-10。調節時，切莫動螺釘（12）。注意：每個螺釘的調節要輕微，要同時觀察它對各側面反射像的影響。調好后棱鏡，其位置不能再動。測棱鏡頂角對兩游標作一適當標記，分別稱游標1和游標2，切記勿顛倒。旋緊度盤下螺釘（16）、（17），望遠鏡和刻度盤固定不動。轉動游標盤

10、，使棱鏡AC面正對望遠鏡，見圖7.1.2-10。記下游標的讀數和游標的讀數。再轉動游標盤，再使AB面正對望遠鏡，記下游標的讀數和游標的讀數。同一游標兩次讀數誤差或，即是載物臺轉過的角度，而是角的補角，測三棱鏡的最小偏向角（1）平行光管狹縫對準前方水銀燈光源。（2）旋松望遠鏡止動螺釘（16）和游標盤止動螺釘（23），把載物臺及望遠鏡轉至如圖7.1.2-11中所示的位置（1）處，再左右微微轉動望遠鏡，找出棱鏡出射的各種顏色的水銀燈光譜線（各種波長的狹縫像）。（3）輕輕轉動載物臺（改變入射角i）,在望遠鏡中將看到譜線跟著動。改變i，應使譜線往減小的方向移動（向頂角A方向移動）。望遠鏡要跟蹤光譜線轉動

11、，直到棱鏡繼續轉動，而譜線開始要反向移動（即偏向角反而變大）為止。這個反向移動的轉折位置，就是光線以最小偏向角射出的方向。固定載物臺（鎖緊23），再使望遠鏡微動，使其分劃板上的中心豎線對準其中的那條綠譜線（546.1nm）。（4）測量記下此時兩游標處的讀數和。取下三棱鏡（載物臺保持不動），轉動望遠鏡對準平行發光管，即圖7.1.2-11中（2）的位置，以確定入射光的方向，再記下兩游標處的讀數和。此時綠譜線的最小偏向角在此處鍵入公式。將值和測得的棱鏡角平均值代入式（2）計算n。注意事項（1）轉動載物臺，都是指轉動游標盤帶動載物臺一起轉動（2）狹縫寬度mm左右為宜，寬了測量誤差大，窄了光通量小。狹縫

12、易損壞，盡量少調，調節時要邊看邊調，動作要輕，切忌兩縫太近。（3）光學儀器螺釘的調節動作要輕柔，鎖緊螺釘也是指鎖住即可，不可用力過大，以免損壞器件。原始數據第一組1151010235第二組1151029510235第三組115112951155表一-三棱鏡頂角角度大小第一組101152第二組1010628106152第三組1010728133251表二-三棱鏡最小偏向角角度大小數據處理將表一及表二中的數據轉化為弧度制（單位：rad）第一組0.639831.306830.30694第二組0.639831.639831.306830.30693第三組0.639891.639891.306940.3

13、0694表三-三棱鏡頂角角度大小第一組0.561561.561560.847111.847220.28556第二組0.561671.561670.847061.847110.28546第三組0.561561.561560.847221.847220.28566表四-三棱鏡最小偏向角角度大小注：（1）轉換為弧度制后取小數點后五位。 （2）最小偏向角值大小為 如果游標零點越過刻度盤零點，則=2 平均值 ，為了消除或減少偏心誤差。分光計的精度為，人的估計值忽略不計。所以取頂角數據處理載物臺轉過的角度=（+）/2頂角 =頂角標準差=最小偏向角數據處理最小偏向角=標準差=采用估算公式合成不確定度：得=于是得到以下結果：三棱鏡頂角為： A=最小偏向角為： =計算折射率代入數據，計算可得：=所以折射率n=實驗結果：三棱鏡頂角大?。喝忡R最小偏向角：三棱鏡折射率：實驗注意：(1) 夾縫裝置已調節好，不用調節，容易卡死損壞儀器；(2) 不能用手接觸三棱鏡光滑面，三棱鏡使用后要