分光仪的调节与使用.doc

5.1 分光仪的调节与使用 分光仪（Spectrometer）简介 分光仪是一种能精确测量角度的典型光学实验仪器，在利用光的反射、折射、衍射、干涉和偏振原理的各项实验中进行角度测量。 例如：利用光的反射原理测量棱镜的角度；利用光的折射原理测量棱镜的最小偏向角，从而计算棱镜玻璃的折射率和色散率；与光栅配合，作光的衍射实验，测量光波波长；与偏振片、波片配合，作光的偏振实验等。 实验目的 1．了解分光仪的结构及各组成部件的作用，掌握分光仪的调节和使用方法； 2．掌握测定棱镜顶角的方法； 3．学会用最小偏向角测定棱镜的折射率。 仪器用具 分光仪、汞灯、平面反射镜、三棱镜。 仪器介绍 1．分光仪的结构 分光仪外型如图5.1-1所示，它主要由望远镜（自准直望远镜），平行光管，载物台，游标刻度圆盘等几部分组成。 （1）分光仪底座中心处有一沿铅直方向的转轴，称为分光仪的中心转轴。在转轴上套有游标刻度圆盘（包括度盘和游标盘），两个盘可绕中心转轴转动。 （2）自准值望远镜 （3）平行光管 （4）载物台 载物台可绕仪器转轴转动，它是为放置棱镜、光栅等被测光学元件而设置的，台下有三个调节螺丝，可调节载物台的倾斜度。松开 “游标盘止动螺丝”、锁紧“载物台锁紧螺丝”，载物台可以和游标盘一起绕分光仪游标盘的转轴转动。 （5）游标刻度圆盘 游标刻度圆盘与分光仪的中心转轴垂直（分光仪出厂时已调整好）。由于刻度圆盘的中心与中心转轴的中心制作时不能完全重合，因此在读数时会产生偏心差. 游标刻度圆盘由度盘和游标盘组成，度盘最小分度值为，游标盘最小分度值为，读数方法与游标卡尺的读数方法相同（度盘上的刻度值+游标上的刻度值）。如图5.1-5读数为：。 2．分光仪的调整 为了准确测量角度，应调整分光仪达到下列状态： （1）望远镜聚集于无穷远，或称适合于观察平行光。 （2）平行光管射出的光是平行光，即狭缝口的位置正好处于平行光管会聚透镜的焦平面处。 （3）望远镜和平行光管的主光轴一定要与分光仪中心转轴相互垂直。 实验原理 三棱镜是实验室中重要的分光元件，至少有两个透光的光学表面，称为折射面，其夹角称为三棱镜的顶角。 1．自准法测量三棱镜的顶角 图5.1-6为自准法测量三棱镜顶角的示意图，用已调整好的分光仪,使望远镜中的亮十字发出的光线垂直入射于AB面，测出AB面的法线位置，记录两个角游标的读数分别为、；然后使光线垂直入射于AC面， 测出AC面的法线位置，两个角游标的读数分别为、。两法线之间的夹角为 （5.1-1） 则顶角 （5.1-2） 2．由单色光的最小偏向角测量棱镜折射率 一束单色平行光，射入三棱镜的AB面，经折射后由另一面AC射出，如图5.1-7所示，入射光和AB面法线的夹角称为入射角，出射光和AC面法线的夹角称为出射角，入射光与出射光的夹角称为偏向角。如果转动三棱镜，使入射角等于出射角，根据折射定律可知，折射角，与此相应的入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角，以表示，棱镜的折射率与顶角，最小偏向角有如下关系式 5.1-3 由分光仪测定顶角和最小偏向角，即可由上式算出三棱镜对该种光线的折射率。折射率是光波波长的函数，非单色光源（例如汞灯）发出的光，经过三棱镜折射后，其中各单色光成分（光谱线）会有不同的偏向角，可以分别测量棱镜对不同波长的光的折射率。 实验内容与步骤 一．分光仪的调整 1．目测粗调 目测粗调“望远镜光轴倾斜调节螺丝”、“载物台调平螺丝”、“平行光管光轴倾斜调节螺丝”分别使望远镜筒、载物台面、平行光管镜筒均大致处于水平状态，并与仪器中心转轴基本垂直。 2．用自准法调整望远镜聚焦于无穷远 （1）旋转 “目镜视度调节螺母”，改变目镜到分划板之间的距离（目镜对分划板调焦），直到分划板上的叉丝线和十字窗口成像清晰为止。 （2）改变分划板到物镜之间的距离，直到十字像成像最清晰，并且十字像与叉丝线无视差。 3．调整望远镜光轴与分光仪的转轴相垂直 平面镜仍竖直置于载物台上，如果望远镜光轴与平面镜镜面垂直，则反射回来的亮十字像与分划板中上叉丝线交叉点完全重合，将载物台旋转180°（因而平面镜也随着转过180°）之后，如果亮十字像与上叉丝线交叉点仍然完全重合，则说明望远镜光轴与分光仪的中心轴垂直。 （1）首先转动载物台使平面镜的一个面对准望远镜，从望远镜中找到由平面镜反射的十字像，然后再转动载物台使镜面转过180°，从望远镜中再一次看到由另一面反射的十字像（此时不用考虑十字像与上叉丝线交叉点是否重合）。 （2）用逐次逼近各半调整法，仔细调节每一个反射十字像的位置。先用望远镜找到一个反射十字像，当十字像与上叉丝线交叉点不重合时，此时调节“望远镜光轴倾斜调节螺丝”使