实验名称：分光仪的调节和三棱镜顶角的测定

姓名               学号         班级               上课教室       612/614     

第            组      桌  号             

实验时间 2 0   年  月   日  时段          

一、实验目的

1. 了解分光仪的结构和使用原理；

2.重点掌握分光仪的调节方法；

3. 分别用自准法和平行光法测量三棱镜的顶角。

二、实验仪器

分光仪，汞灯，平面反射镜，三棱镜

三、实验原理及内容

1. 分光仪的结构

分光仪是一种精确测量               的仪器，可用来测量折射率、光波波长、色散率及观测光谱，是光学实验中一种常用的仪器。

分光仪主要由          、          、          和          四部分组成。

2. 分光仪的调节------(重点内容)

分光仪的调整要求：(1)望远镜能接收平行光（聚焦无穷远）；（2）望远镜光轴、平行光管光轴（两者共轴）和载物台平面均垂直于分光仪主轴；(2) 平行光管能发射出平行光。具体操作步骤如下：

(1) 目测粗调：从分光仪的各个侧面调节，使望远镜和平行光管大致与分光仪主轴垂直，让载物台下面三个调平螺丝将平台支撑的高度基本相同。粗调成功后，平面镜“正面”和“反面”反射的光线都能在望远镜视场中呈现清晰的“十字像”。

(2)望远镜聚焦到无穷远处。调节“阿贝目镜”和“目镜和物镜间距”，借助平面反射镜对十字光源成像（平面镜平行样品架和D₃连线），当反射回来的“十字像”变得最清晰，且与叉丝之间没有视差时，此时叉丝与“十字像”都位于望远镜物镜的焦平面上，望远镜被聚焦到无穷远处。

逐次逼近各半调整法：若从望远镜中看到“十字像”与分划板“ 上水平线不重合”，假设竖直方向相差一段距离 h如图1(a)所示。先调整望远镜使差距减小为 h/2，如图1(b)所示。然后调节载物台下的水平调节螺丝（D ₁或D ₂），消除另一半距离，使“十字像”与分划板上水平线重合，如图1(c)所示。再将 载物台旋转 180^o ，使望远镜对着平面镜的另一面，采用同样的方法调节。如此反复调整，直至平面镜 “正面”和“反面”反射回来的“十字像”都与分划板上水平线重合为止。此时望远镜光轴和分光仪主轴垂直， 以后禁止对望远镜的任何调节。（可否用 一次各半调整法?）

(3)调载物台：平面镜垂直转动90^o,调节载物台螺丝（D₃），使其中一个“十字像”同分划板上水平线等高，取下平面反射镜。此时载物台基本水平。

(4) 调节平行光管：调节平行光管透镜到狭缝之间的距离和狭缝宽度，在望远镜中看到清晰的狭缝像，转动狭缝至水平状态，调节平行光管倾斜螺丝，使狭缝水平像被分划板下水平线平分，如图2(a)所示。这时平行光管的光轴已与分光仪的主轴相垂直。再把狭缝转至竖直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差，如图2(b)所示。

(5) 自准法测量时三棱镜的调节

要求三棱镜的待测顶角A的

两个侧面都与分光仪主轴平行。

把三棱镜放在载物台上，使三棱镜三边分别垂直于平台下三个螺丝的连线（放置方法参照预习题2）。调节载物台调平螺丝（D₁或D₂）使反射回来的“十字像”（非常微弱）再次与分划板上水平线重合。

3. 三棱镜顶角的测量

(1) 自准法：利用望远镜自身产生的平行光，固定平台，转动望远镜，先使棱镜AB面反射的“十字像”与分划板上“竖线”重合（即望远镜光轴与三棱镜AB面垂直），如图3所示。记下刻度盘两边的方位角读数、。然后再转动望远镜使AC面反射的“十字像”与分划板上“竖线”重合（即望远镜光轴与AC面垂直），记下读数'和'（注意与不能颠倒），两次读数相减即得∠A的补角f。故∠A=180°－f，即

     ∠A = 180°－(f1 + f2) = 180°－

(2) 平行光法：平行光管射出的光束照射在三棱镜的两个光学面上，如图4所示。将望远镜转到一侧（如左边）的反射方向上观察，使狭缝像对准分划板竖直线，此时读出两个窗口的方位角读数与。再将望远镜转到另一侧，使狭缝像再次对准分划板竖直线后读出'和'，则三棱镜的顶角为：

注意：三棱镜的顶角应放在接近平台中心位置的地方，否则会给找狭缝像带来困难！

                                                                                                  

四、数据记录与处理

测量三棱镜顶角数据记录表格：  

自准法计算为：

＝（ ）∕2=        

 =                                                                  （推导公式与结果）

结果表示为：∠A=±＝

平行光法计算为：

＝（）∕2=             

 =                                                          （推导公式与结果）

结果表示为：∠A=±＝

五、预习题

1．分光仪主要由哪几部分组成？为什么说望远镜调节是分光仪调整的基础和关键？

 

    

2．载物台下边有三个调节螺丝用来调节其倾斜度，为了在实验中便于调节，对于平面镜和三棱镜应分别如何放置（仔细看书后画图说明）？

六、课后作业题

1．若角游标刻度盘中心O跟游标中心O'不重合（如图，但画时夸大了），则游标转过φ角时，从刻度盘读出的角度φ≠φ₁≠φ₂，但φ总等于φ₁和φ₂的平均值，即，试证明之。

2．在测角时某个游标读数第一次为343°56'，第二次为33°28'，游标经过圆盘零点和不经过圆盘零点时所转过的角度分别是多少？

第二篇：分光仪测量student

 实验名称：分光仪的调节和三棱镜顶角的测定

三棱镜玻璃折射率的测定

姓名               学号        班级          上课教室       611  614  

第            组      桌  号             

实验时间    2 0   年  月    日 

一、实验目的

1. 了解分光仪的结构原理

2. 重点掌握分光仪的调节和使用方法；

3.      用自准法测量三棱镜的顶角；

   二、实验仪器及器件

  分光仪，汞灯，平行平面反射镜，三棱镜。

三、实验原理

1.分光仪的结构

分光仪是一种测量光束偏转角的精密仪器，它可以精确地测量平行光的偏转角，是光学实验中的一种常用的仪器。分光仪一般由底座、望远镜、平行光管、载物台和读数装置组成，如图所示。

 

   

分光仪主要有四大部分组成：平行光管、望远镜、载物台和读数装置。（1）平行光管：又称准直管，用来产生平行光束，平行光管石油狭缝和河物镜组成。

（2）望远镜：是用来观察和确定平行光的前进方向的，在分光仪中采用的说话自准望远镜，它由物镜，叉丝分化板和目镜组成，分别装在三个套筒中，彼此可以沿轴相对运动。

（3）载物台：用来放置校镜，光栅等光学元件的平台，由两块圆周盘组成的，下面一块是固定且与平台的转轴垂直，上面一块则可通过载物台调平螺钉来调节其高度，和倾斜度平台可绕仪器主轴转动和沿轴相升降。

（4）读数装置：用来确定望远镜和载物台的相对位置。

2.分光仪的调节

要求：（1）、调节望远镜时期适合观察平行光，即成为共焦光学原理。

       （2）、望远镜光轴垂直于仪器主轴。

       （3）、平行光管发出平行光。

（4）、平行光管光轴垂直于仪器主轴。

3．用自准法测量三棱镜的顶角

    利用望远镜自身产生平行光，固定平台，转动望远镜，先使棱镜AB面反射的十字像与叉丝重合（即望远镜光轴与三棱镜AB面垂直），如图1所示。记下刻度盘两边的方位角读数、。然后再转动望远镜使AC面反射的十字像与叉丝重合（即望远镜光轴与AC面垂直），记下读数'和'（注意与不能颠倒），两次读数相减即得∠A的补角f。故∠A=180°－f，即

     ∠A = 180°－(f1 + f2)                       

         = 180°－[(q－q) + (q'－q)]

四、实验内容

1、分光仪的调节方法

分光仪在用于测量前，必须达到以下状态才能使用：

a. 望远镜的光轴与仪器的转轴垂直并能对平行光能很好地成像。

b. 平行光管地光轴与仪器的转轴垂直并能出射平行光。

具体步骤：

a.目测粗调：用眼睛从分光仪的各个侧面估测，使望远镜和平行光管大致与仪器的中心轴垂直。

b. 利用自准法将望远镜调焦于无限远：点亮目镜里的小灯照亮叉丝,借助平面反射镜将叉丝像反射回来作为无限远的物,调节平面反射镜和望远镜的俯仰使得从望远镜中能看到反射回来的叉丝像，这时对望远镜进行调焦,当反射回来的叉丝像变的最清晰,并且与叉丝之间没有视差时(怎样判断有无视差,如何消除?),叉丝与叉丝像都位于望远镜物镜的焦平面上.此时,望远镜就被调焦于无限远。

c.用各半调节法使望远镜的光轴于仪器的转轴垂直 此时仍需借助平面反射镜来调节。从望远镜视场中观察，当无论以平面镜的哪一个反射面对准望远镜，均能观察到亮十字时，如从望远镜中看到准线与亮十字像不重合，它们的交点在高低方面相差一段距离如图3(a)所示。此时调整望远镜高低倾斜螺丝使差距减小为h/2，如图3(b)所示。再调节载物台下的水平调节螺丝，消除另一半距离，使准线的上部十字线与亮十字线重合，如图3(c)所示。

 

之后，再将载物台旋转180^o ，使望远镜对着平面镜的另一面，采用同样的方法调节。如此反复调整，直至转动载物台时，从平面镜前后两表面反射回来的亮十字像都能与分划板准线的上部十字线重合为止。这时望远镜光轴和分光计的中心轴相垂直，常称这种方法为逐次逼近各半调整法。（在此实验过程中,可否只用一次各半调节法来节望远镜,为什么?）

此时,望远镜被调焦于无限远,同时望远镜的的光轴与仪器的中心转轴垂直.此时的望远镜将用于调节其它部分的标准,对望远镜的任何调节都将是被禁止的。 

d.调节平行光管使之出射平行光,并且其光轴与仪器的中心转轴垂直. 望远镜中看到清晰的狭缝像后，转动狭缝（但不能前后移动）至水平状态，调节平行光管倾斜螺丝，使狭缝水平像被分划板的中央十字线上、下平分，如图4(a)所示。这时平行光管的光轴已与分光计中心轴相垂直。再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差，位置如图4(b)所示。

 

至此分光计已全部调整好，使用时必须注意分光计上除刻度圆盘制动螺丝及其微调螺丝外，其它螺丝不能任意转动，否则将破坏分光计的工作条件，需要重新调节。

2. 用自准法测三棱镜顶角

（1）调节三棱镜：要求三棱镜的待测顶角A的两个侧面都与仪器主轴平行。

把三棱镜放在平台上，为了便于调节，应将棱镜三边分别垂直于平台下三个螺丝的连线。调节使反射回来的十字像与叉丝横线重合。

五、数据记录与处理

测量三棱镜顶角记录数据表格：

  

数据处理：

＝（ ）∕2=       

 =                                                                    （推导公式与结果）

结果表示为：∠A=±＝

六、预习题

1．分光仪主要有哪几部分组成？为什么说望远镜是分光仪调整的基础和关键？

2．分光仪在设计上是如何消除偏差的？

3．远镜光轴与仪器主轴的垂直关系时，两面反射回来的十字像都偏上（或都偏下）； B一面偏上、一面偏下，分别应如何调节？如果一面偏上3a，另一面则偏下a，这时应如何调节，怎样迅速使两面反射的像都与叉丝重合？

 

4．台下边有三个调节螺丝用来调节其倾斜度，为了在实验中便于调节，对于平面镜和三棱镜应分别如何放置（画图说明）？

 

七、课后作业题

1．标刻度盘中心O跟游标中心O'不重合（如图，但画时夸大了），则游标转过φ角时，从刻度盘读出的角度φ₁≠φ₂≠φ₃，但φ总等于φ₁和φ₂的平均值，即 试证明之。

2角时某个游标读数第一次为343°56'，第二次为33°28'，游标经过圆盘零点和不经过圆盘零点时所转过的角度分别是多少？