大学物理实验分光计的调节与使用.pptx

分光计的调节与使用分光计的调节与使用郑州大学物理实验中心郑州大学物理实验中心实验目的实验目的：1 1、了解分光计的结构、各部分的作用了解分光计的结构、各部分的作用 及工作原理。及工作原理。2 2、掌握分光计的调节要求和调节方法。、掌握分光计的调节要求和调节方法。3 3、学会测量棱镜的顶角、棱镜玻璃的、学会测量棱镜的顶角、棱镜玻璃的 折射率。折射率。装置介绍装置介绍分光计的结构分光计的结构分光计的结构分光计的结构分光计主要由四部分组成：平行光管、望远镜、载物台分光计主要由四部分组成：平行光管、望远镜、载物台和读数装置。和读数装置。装置介绍装置介绍平行光管平行光管平行光管平行光管平行光管的作用是产生平行光。管的一端装有一个可沿管平行光管的作用是产生平行光。管的一端装有一个可沿管前后移动的套筒，套筒末端有一宽度可调的狭缝；管的另前后移动的套筒，套筒末端有一宽度可调的狭缝；管的另一端装有会聚透镜。沿管前后移动狭缝装置，当狭缝恰位一端装有会聚透镜。沿管前后移动狭缝装置，当狭缝恰位于透镜的焦平面上时，于透镜的焦平面上时，照射在狭缝上的光经过透镜后成为照射在狭缝上的光经过透镜后成为平行光。平行光。装置介绍装置介绍 望远镜望远镜望远镜望远镜望远镜用于观察、确定被测光线方向。它由目镜、分化板望远镜用于观察、确定被测光线方向。它由目镜、分化板和物镜组成。照明小灯泡的光自望远镜筒下侧进入，经小和物镜组成。照明小灯泡的光自望远镜筒下侧进入，经小三棱镜反射后照亮分划板下半部的十字刻度线（十字叉丝）三棱镜反射后照亮分划板下半部的十字刻度线（十字叉丝）。目镜、分化板及物镜间的距离均可调节，当调节分化板。目镜、分化板及物镜间的距离均可调节，当调节分化板位于物镜的焦平面时，十字叉丝发出的光经物镜后成为平位于物镜的焦平面时，十字叉丝发出的光经物镜后成为平行光。该平行光经双面反射镜反射后，再经物镜聚焦在分行光。该平行光经双面反射镜反射后，再经物镜聚焦在分划板平面，形成十字叉丝的像（绿色）。划板平面，形成十字叉丝的像（绿色）。装置介绍装置介绍 载物台载物台载物台载物台载物台用于放置待测物体。台下有三个螺钉用于载物台用于放置待测物体。台下有三个螺钉用于调整平台水平。调整平台水平。装置介绍装置介绍 读数装置读数装置读数装置读数装置 读读数数装装置置由由刻刻度度圆圆盘盘和和沿沿圆圆盘盘边边相相隔隔180180对对称称安安置置的的两两个个游游标标组组成成。刻刻度度圆圆盘盘分分成成360360，最最 小小 分分 度度 为为 0.50.5度度（3030），小小于于0.50.5度度的的利利用用游游标标读读出出。游游标标上上有有3030格格读读数数单单位位为为11。两两个个游游标标对对称称放放置置，是是为为了了消消除除刻刻度度盘盘中中心心与与分分光光计计中中心心轴轴线线之之间间的的偏偏心心差差，测测量量时时，要要同同时时记记下下两两游游标标所所示示的读数。的读数。分光计分光计在测量前，必须经过仔细调整，要求达到：望在测量前，必须经过仔细调整，要求达到：望远镜调焦无穷远；望远镜和平行光管共轴，并均与分光计远镜调焦无穷远；望远镜和平行光管共轴，并均与分光计中心轴垂直，平行光管出射平行光。中心轴垂直，平行光管出射平行光。.目测粗调：目测粗调：用眼睛估测，调节望远镜和平行光管下方用眼睛估测，调节望远镜和平行光管下方调倾螺钉、调倾螺钉、载物台下的三个调平螺丝，载物台下的三个调平螺丝，使使望远镜和平行光望远镜和平行光管光轴、载物台平面管光轴、载物台平面尽量与刻度盘平行。尽量与刻度盘平行。装置调节装置调节装置调节装置调节望远镜的调节望远镜的调节望远镜的调节望远镜的调节 调节望远镜聚焦无穷远调节望远镜聚焦无穷远1、点亮照明小灯，调节目镜与分划板间的距离，看清分划板上的 刻度线和绿色方块中黑色的小十字（目镜对分划板调焦）。2、将双面镜放置在载物台上，使双面镜的镜面与载物台下两螺 钉 连线垂直;使双面镜的反射面与望远镜大致垂直，缓缓地转动载 物台，从侧面观察，判断从双面镜正、反两面反射的十字叉丝 光线能否进入望远镜内。3、从望远镜的目镜中观察到 十字叉丝像，前后移动目 镜对望远镜调焦，使十字 叉丝成像清晰,如右下图所 示。装置调节装置调节望远镜的调节望远镜的调节望远镜的调节望远镜的调节 用二分之一调节法调望远镜的光轴与仪器的主轴垂直用二分之一调节法调望远镜的光轴与仪器的主轴垂直用二分之一调节法调望远镜的光轴与仪器的主轴垂直用二分之一调节法调望远镜的光轴与仪器的主轴垂直 1 1、转动载物平台使小十字叉丝的反射像的竖线与分刻板的竖线合。、转动载物平台使小十字叉丝的反射像的竖线与分刻板的竖线合。2 2、调节望远镜的调倾螺钉，使小十字叉丝的反射像向调整用叉丝靠、调节望远镜的调倾螺钉，使小十字叉丝的反射像向调整用叉丝靠 近一半的距离。然后再调节载物平台下与连线反射镜面垂直的螺近一半的距离。然后再调节载物平台下与连线反射镜面垂直的螺 钉，使小十字叉丝的反射像和调整用叉丝重合。钉，使小十字叉丝的反射像和调整用叉丝重合。3 3、将载物台旋转、将载物台旋转180180，使另外一个反射面对准望远镜，找到小十字，使另外一个反射面对准望远镜，找到小十字 叉丝的反射像后，用二分之一调节法调节小十字叉丝的反射像和叉丝的反射像后，用二分之一调节法调节小十字叉丝的反射像和 调整用叉丝重合。调整用叉丝重合。4 4、重复步骤、重复步骤2 2、3 3，直到望远镜不论对准哪个反射面，小十字叉丝的，直到望远镜不论对准哪个反射面，小十字叉丝的 反射像都和调整反射像都和调整 用叉丝重合，则望用叉丝重合，则望 远镜的光轴和仪器远镜的光轴和仪器 的主轴垂直。的主轴垂直。装置调节装置调节平行光管的调节平行光管的调节 平行光管的光轴与仪器的主轴垂直平行光管的光轴与仪器的主轴垂直平行光管的光轴与仪器的主轴垂直平行光管的光轴与仪器的主轴垂直 1 1、关掉目镜的照明灯电源，打开光源。调节狭缝使宽度适、关掉目镜的照明灯电源，打开光源。调节狭缝使宽度适 中，让光照亮狭缝。中，让光照亮狭缝。2 2、将望远镜对准平行光管，找到狭缝的像后，前后移动狭、将望远镜对准平行光管，找到狭缝的像后，前后移动狭 缝的位置，使从望远镜中看到清晰的狭缝像，此时平缝的位置，使从望远镜中看到清晰的狭缝像，此时平 行光管发出平行光。行光管发出平行光。3 3、转动望远镜和狭缝（注意不能前后移动狭缝）的位置，、转动望远镜和狭缝（注意不能前后移动狭缝）的位置，使狭缝的像与分刻板上的竖线重合，然后固定狭缝和使狭缝的像与分刻板上的竖线重合，然后固定狭缝和 望远镜的位置。望远镜的位置。4 4、调节平行光管的调倾螺钉，使狭缝的像相对于测量用叉、调节平行光管的调倾螺钉，使狭缝的像相对于测量用叉 丝对称。丝对称。实验原理实验原理三棱镜玻璃的折射率三棱镜玻璃的折射率三棱镜玻璃的折射率三棱镜玻璃的折射率 由光的反射和折射定律可以求得棱镜折射率由光的反射和折射定律可以求得棱镜折射率n n 式中式中i i1 1、i i2 2 、minmin 分别为某一单色光的入射角、折射分别为某一单色光的入射角、折射角和最小偏向角角和最小偏向角minmin，为三棱镜的顶角。为三棱镜的顶角。实验原理实验原理自准直法测三棱镜顶角自准直法测三棱镜顶角自准直法测三棱镜顶角自准直法测三棱镜顶角 下图为下图为自准直法自准直法测量三棱镜顶角的示意图。测量三棱镜顶角的示意图。让望远镜对准让望远镜对准三棱镜的一个光学面，当小十字叉丝的反射像和调整用叉丝重三棱镜的一个光学面，当小十字叉丝的反射像和调整用叉丝重合时，从刻度盘上记录两游标的读数合时，从刻度盘上记录两游标的读数 和和 ；转动望远镜；转动望远镜（或载物台），让三棱镜的另外一个光学面对准望远镜，当小（或载物台），让三棱镜的另外一个光学面对准望远镜，当小十字叉丝的反射像和调整用叉丝重合时，再次记录两游标的读十字叉丝的反射像和调整用叉丝重合时，再次记录两游标的读数数 和和 。由图可知，三棱镜的顶角为。由图可知，三棱镜的顶角为 其中其中 实验原理实验原理三棱镜的最小偏向角三棱镜的最小偏向角三棱镜的最小偏向角三棱镜的最小偏向角 如图所示，观察光线偏向情况，判如图所示，观察光线偏向情况，判断出射光线的方向。先用眼睛沿光线可断出射光线的方向。先用眼睛沿光线可能出射的方向观察，微微转动载物台，能出射的方向观察，微微转动载物台，当观察到出射的彩色谱线时，选定一种当观察到出射的彩色谱线时，选定一种谱线，继续转动载物台，注意该谱线出谱线，继续转动载物台，注意该谱线出射光所对应的偏向角的变化，选择使偏射光所对应的偏向角的变化，选择使偏向角减小的方向缓慢转动载物台，当看向角减小的方向缓慢转动载物台，当看到该谱线移至某一位置后反向移动，逆到该谱线移至某一位置后反向移动，逆转处即为最小偏向角的位置。则最小偏转处即为最小偏向角的位置。则最小偏向角出射光线与原光路（不放三棱镜时向角出射光线与原光路（不放三棱镜时望远镜直接对准入射光线的位置）之间望远镜直接对准入射光线的位置）之间的夹角即为最小偏向角。设最小偏向位的夹角即为最小偏向角。设最小偏向位置时两游标的读数为置时两游标的读数为 、，原光，原光路的为路的为 、，则有右式：，则有右式：实验内容实验内容调节分光计为可工作状态调节分光计为可工作状态调节分光计为可工作状态调节分光计为可工作状态 调调整整好好的的分分光光计计只只能能测测量量与与刻刻度度盘盘相相平平行行平平面面内内的的角角度度，所所以以测测量量时时必必须须对对待待测测光光学学元元件件进进行行调调节节，使使经经光光学学元元件件（棱棱镜镜、光光栅栅）反反射射、折折射射和和衍衍射射的的光光线线确确定定的的平平面面与刻度盘面平行。与刻度盘面平行。注注意意：这这时时只只能能调调节节载载物物台台，不不能能再再调调节节望望远远镜镜、平平行光管调倾螺钉。行光管调倾螺钉。实验内容实验内容三棱镜的调节及顶角测量三棱镜的调节及顶角测量三棱镜的调节及顶角测量三棱镜的调节及顶角测量将三棱镜如图示放置在载物台上，望远镜分别正对将三棱镜如图示放置在载物台上，望远镜分别正对ABAB、ACAC光学面，分别调节载物台下螺钉光学面，分别调节载物台下螺钉a1 a1 和和a3a3，使两光学面反射，使两光学面反射的十字叉丝像均与调整用十字叉丝重合。的十字叉丝像均与调整用十字叉丝重合。将将望远镜的叉丝（竖线）对准望远镜的叉丝（竖线）对准 一光学面反射的叉丝像，记录一光学面反射的叉丝像，记录 下两个游标的读数；再转动望下两个游标的读数；再转动望 远镜对准另一光学面反射的像，远镜对准另一光学面反射的像，再次记录下两游标的读数，代再次记录下两游标的读数，代 入公式即可求出三棱镜的顶角。入公式即可求出三棱镜的顶角。要求重复三次测量。要求重复三次测量。实验内容实验内容最小偏向角最小偏向角最小偏向角最小偏向角的测量及折射率的计算的测量及折射率的计算的测量及折射率的计算的测量及折射率的计算 按照最小偏向角测量原理中所讲先将三棱镜放置好，再按照最小偏向角测量原理中所讲先将三棱镜放置好，再按照测量原理中的方法找到最小偏向角的位置，将望远镜的按照测量原理中的方法找到最小偏向角的位置，将望远镜的叉丝对准绿色谱线，记录下两个游标的读数，重复三次；再叉丝对准绿色谱线，记录下两个游标的读数，重复三次；再将三棱镜拿下来，将望远镜直接对准原光路的方向，记录下将三棱镜拿下来，将望远镜直接对准原光路的方向，记录下两游标的读数，重复三次；代入公式计算出最小偏向角。要两游标的读数，重复三次；代入公式计算出最小偏向角。要求自拟数据记录表格。求自拟数据记录表格。将测量得到的角度代入相应公式即可计算出三棱镜的折将测量得到的角度代入相应公式即可计算出三棱镜的折射率，结果要求用不确定度表示。射率，结果要求用不确定度表示。注意事项注意事项1 1、在调节好望远镜光轴与仪器中心轴垂直后，不能再在调节好望远镜光轴与仪器中心轴垂直后，不能再 拧望远镜下方调倾螺钉。拧望远镜下方调倾螺钉。2 2、测量角度时，同一游标两次读数的差值为望远镜筒、测量角度时，同一游标两次读数的差值为望远镜筒 转过的角度，不要将两游标读数弄混。转过的角度，不要将两游标读数弄混。3 3、测量角度时，注意转动望远镜（游标盘）时，刻度、测量角度时，注意转动望远镜（游标盘）时，刻度 盘（游标盘）是否经过游标盘（刻度盘）的零点。盘（游标盘）是否经过游标盘（刻度盘）的零点。思考题 1 1、调节光学仪器的要领一般先粗调后细调，本实验是调节光学仪器的要领一般先粗调后细调，本实验是 如何体现这一点的？如何体现这一点的？2 2、用双面镜调节望远镜光轴与仪器中心轴垂直时，、用双面镜调节望远镜光轴与仪器中心轴垂直时，为什么要转动载物台使双面镜两个面反射的叉丝为什么要转动载物台使双面镜两个面反射的叉丝 像都要与调整用叉丝重合？像都要与调整用叉丝重合？3 3、若分光计测量角度的精度为若分光计测量角度的精度为1 1，试导出测量顶角、，试导出测量顶角、最小偏向角及折射率最小偏向角及折射率n n的不确定度公式，并估算的不确定度公式，并估算n n 的不确定度。的不确定度。