§4-1分光计的调节和使用学时安排讲解分光计工作原理、用处、调节.docVIP

§4-1 分光计的调节和使用分光计是一种能精确测量角度的光学仪器，它在光学实验中具有重要地位。利用它可以测量光在棱镜或晶体中的反射角、折射角、衍射角等。而光学中的一些物理量，如光波波长、折射率、光栅常数等，均可通过测量有关角度来确定。如果在载物台上放上棱镜或光栅就可以组成光谱仪，进行光谱分析，若在平行光管和望远镜上装上偏振片，则可进行光的偏振现象的研究。 一、实验目的 1. 了解分光计的构造和原理； 2. 熟悉分光计的调节要求和调节方法； 3. 测定三棱镜的顶角。 二、实验仪器 分光计，平面反射镜，三棱镜。 JJY型分光计主要由四个部分组成：平行光管、载物台、望远镜和读数系统，其结构如图1所示(1) 平行光管 平行光管固定在底座的立柱上，它是由可调狭缝和一组消色差透镜组成的。平行光管光轴的方位，可以通过立柱上的两个螺丝进行上下左右调节。狭缝也可沿平行光管做前后移动，以调节狭缝和透镜之间的距离，使之位于透镜的焦平面上，此时若用光源把狭缝照亮，则可产生平行光。狭缝上的宽度可以在之间调节。轻转狭缝，可以改变狭缝(光源)的方位。 (2) 载物台 载物台为双层结构，其上层用来放置光学元件，下层有三个调平螺丝，用来调节上层载物台的水平；若放松载物台下方的止动螺丝，可以调节载物台的高度。载物台可以单独转动，也可以将其与游标盘固联在一起，同步转动。 (3) 望远镜 JJY型分光计采用的望远镜是阿贝式自准直望远镜。它由物镜、目镜、阿贝棱镜、光源、分划板等组成。其结构示意图如图2所示。 物镜装在望远镜的一端，目镜装在望远镜的另一端的套筒中，分划板镶嵌在目镜套筒上。调节目镜可以改变目镜到分划板的距离，以适应不同视力观察者的眼睛焦距的差异，此即对目镜调焦。目镜套筒与分划板可沿光轴整体前后移动，使分划板准确位于物镜焦平面上。分划板刻有分划线，下方有一全反射棱镜，并刻有透光“+”字型雕刻。当其下方小灯泡发出的光进入小棱镜时，该“+”字型雕刻则相当于物镜焦平面上的发光物，其发出的光穿过透镜后变成平行光。若遇到平面镜反射，则反射光再次穿过透镜并在物镜焦平面上成像，而且该像正好位于分化线上方，与原来的“+”字型雕刻相互对称。正因为如此，该十字像也称为自准直反射像，同时，也说明平面反射镜与望远镜光轴相垂直；或者说，载物台与望远镜光轴均为水平，载物台转轴与光轴相垂直。 (4)读数系统 读数系统由刻度盘(外盘)、游标盘(内盘)组成，它们都套在中心转轴上，各自都有止动螺丝，当它们的止动螺丝松开时，都可以绕中心轴自由转动。当使用分光计来测量角度时，必须拧紧相应的止动螺丝，锁定望远镜与刻度盘同步转动、载物台与游标盘同步转动。刻度盘等分为720格，最小分度值为，小于的读数值由游标读出，游标圆弧等分为30格，其弧长等于刻度盘的29格，故称为30分游标，读数精度为。具体读数方法与游标卡尺的读数方法相似。 由于制造工艺的不足，内、外盘的转轴可能不同心。为了减少误差，游标盘设置了左、右两个游标。测量偏转角时，分别测出左、右两个偏转角读数，然后取其平均值，以减少误差。 实验1. 分光计的调节 调节要求 望远镜的主光轴与载物台平行； 平行光管的光轴与载物台平行。 首先是目测粗调。使望远镜轴线和载物台平面大致调成水平。再反复转动目镜的调焦手轮，改变目镜与分划线之间的距离，直到从目镜中能清晰看到分划线和固定的“+”字型雕刻。然后将平面镜放到载物台上。载物台的三个调平螺丝构成一个等边三角形，平面镜需要沿着此三角形的任意一条对称线放置，如图3(a)所示。平面镜如此放置的优点是只需微调载物台下a、b两个螺径即可改变平面镜的垂直度。当载物台和望远镜大致调平时，微转载物台，应该能在望远镜视场中看到由平面镜反射回来的十字像在水平运动。松开目镜套筒的固定螺丝，轻轻前后移动目镜(即物镜调焦)，使十字像清晰无重影，然后锁定。令平面镜相对于载物台静止，而将载物台转动，如果也能看见十字像，则载物台基本调平。否则，仍需继续目测调平。 粗调成功后，需要进一步细调。经过目测粗调后，载物台转动，在目镜视场中均能看到反射的十字像，但是像的高度却不一致。采用“各调”的方法，可以使得转动前后十字像的位置相同。若十字像偏低，如图4(a)所示，则先后调节望远镜下的螺丝以及载物台下的螺丝，各使十字像上移的距离，如图4(b)所示，最终使其到达图4(c)所示的正确位置。再转动载物台，重复上面步骤，直至无论如何转动载物台，反射的十字像均落在正确位置。至此，望远镜光轴已经调整到位，即望远镜光轴与分光计的中心轴垂直；平面镜也垂直于望远镜，说明载物台a、b两个螺丝也已经等高，但是螺丝c的高度还有可能不同，因此载物台还不一定与分光计中心轴垂直。现在需要进一步调整载物台。将平面镜按照图3(b)的位置放置，此时十字像又会偏离正确位置。旋转螺丝c一