實驗4—3 分光計調(diào)節(jié)及棱鏡玻璃折射率的測定

1、實驗43 分光計調(diào)節(jié)及棱鏡玻璃折射率的測定【實驗目的】1了解分光計的結(jié)構(gòu)，掌握調(diào)節(jié)和使用分光計的方法。2掌握測定棱鏡角的方法。圖4313用最小偏向角法測定棱鏡玻璃的折射率?！緦嶒瀮x器】分光計，雙面鏡，鈉燈，三棱鏡?！緦嶒炘怼?#160; 最小偏向角法測三棱鏡玻璃的折射率假設有一束單色平行光LD入射到棱鏡上，經(jīng)過兩次折射后沿ER方向射出，則入射光線LD與出射光線ER間的夾角稱為偏向角，如圖431所示。 轉(zhuǎn)動三棱鏡，改變?nèi)肷涔鈱鈱W面AC的入射角，出射光線的方向ER也隨之改變，即偏向角發(fā)生變化。沿偏向角減小的方向繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動三棱鏡，使偏向角逐漸減小；當轉(zhuǎn)到某個位置時，若再繼續(xù)沿此方向轉(zhuǎn)

2、動，偏向角又將逐漸增大，此位置時偏向角達到最小值，測出最小偏向角min?？梢宰C明棱鏡材料的折射率n與頂角及最小偏向角的關(guān)系式為: 實驗中，利用分光鏡測出三棱鏡的頂角及最小偏向角min，即可由上式算出棱鏡材料的折射率?！緦嶒瀮?nèi)容】1. 分光計的調(diào)整（分光計結(jié)構(gòu)如右圖432所示）（1） 在進行調(diào)整前，應先熟悉所使用的分光計中下列螺絲的位置：目鏡調(diào)焦(看清分劃板準線)手輪；望遠鏡調(diào)焦(看清物體)調(diào)節(jié)手輪(或螺絲)；調(diào)節(jié)望遠鏡高低傾斜度的螺絲；控制望遠鏡(連同刻度盤)轉(zhuǎn)動的制動螺絲；調(diào)整載物臺水平狀態(tài)的螺絲；控制載物臺轉(zhuǎn)動的制動螺絲；調(diào)整平行光管上狹縫寬度的螺絲；調(diào)整平行光管高低傾斜度的螺絲；平行光管

3、調(diào)焦的狹縫套筒制動螺絲。(2) 目測粗調(diào)。將望遠鏡、載物臺、平行光管用目測粗調(diào)成水平，并與中心軸垂直(粗調(diào)是后面進行細調(diào)的前提和細調(diào)成功的保證)。圖432(3) 用自準法調(diào)整望遠鏡，使其聚焦于無窮遠。調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦手輪,直到能夠清楚地看到分劃板"準線"為止。圖433目鏡視場接上照明小燈電源，打開開關(guān)，可在目鏡視場中看到如圖433所示的“準線”和帶有綠色小十字的窗口。將雙面鏡按圖434所示方位放置在載物臺上。這樣放置是出于這樣的考慮：若要調(diào)節(jié)平面鏡的俯仰，只需要調(diào)節(jié)載物臺下的螺絲a1或a2即可，而螺絲a3的調(diào)節(jié)與平面鏡的俯仰無關(guān)。圖4平面鏡的放置 沿望遠鏡外側(cè)觀察可看到平面鏡內(nèi)

4、有一亮十字，輕緩地轉(zhuǎn)動載物臺，亮十字也隨之轉(zhuǎn)動。但若用望遠鏡對著平面鏡看，往往看不到此亮十字，這說明從望遠鏡射出的光沒有被平面鏡反射到望遠鏡中。我們?nèi)詫⑼h鏡對準載物臺上的平面鏡，調(diào)節(jié)鏡面的俯仰，并轉(zhuǎn)動載物臺讓反射光返回望遠鏡中，使由透明十字發(fā)出的光經(jīng)過物鏡后（此時從物鏡出來的光還不一定是平行光），再經(jīng)平面鏡反射，由物鏡再次聚焦，于是在分劃板上形成模糊的像斑（注意：調(diào)節(jié)是否順利，以上步驟是關(guān)鍵）。然后先調(diào)物鏡與分劃板間的距離，再調(diào)分劃板與目鏡的距離使從目鏡中既能看清準線，又能看清亮十字的反射像。注意使準線與亮十字的反射像之間無視差，如有視差，則需反復調(diào)節(jié)，予以消除。如果沒有視差，說明望遠鏡已聚

5、焦于無窮遠。圖434(3) 調(diào)整望遠鏡光軸，使之與分光計的中心軸垂直。  平行光管與望遠鏡的光軸各代表入射光和出射光的方向。為了測準角度，必須分別使它們的光軸與刻度盤平行?？潭缺P在制造時已垂直于分光計的中心軸。因此，當望遠鏡與分光計的中心軸垂直時，就達到了與刻度盤平行的要求。圖435 亮十字像與分劃板準線的位置關(guān)系具體調(diào)整方法為：平面鏡仍豎直置于載物臺上，使望遠鏡分別對準平面鏡前后兩鏡面，利用自準法可以分別觀察到兩個亮十字的反射像。如果望遠鏡的光軸與分光計的中心軸相垂直，而且平面鏡反射面又與中心軸平行，則轉(zhuǎn)動載物臺時，從望遠鏡中可以兩次觀察到由平面鏡前后兩個面反射回來的亮十字像與分劃

6、板準線的上部十字線完全重合，如圖435（c）所示。若望遠鏡光軸與分光計中心軸不垂直，平面鏡反射面也不與中心軸相平行，則轉(zhuǎn)動載物臺時，從望遠鏡中觀察到的兩個亮十字反射像必然不會同時與分劃板準線的上部十字線重合，而是一個偏低，一個偏高，甚至只能看到一個。這時需要認真分析，確定調(diào)節(jié)措施，切不可盲目亂調(diào)。重要的是必須先粗調(diào)：即先從望遠鏡外面目測，調(diào)節(jié)到從望遠鏡外側(cè)能觀察到兩個亮十字像；然后再細調(diào)：從望遠鏡視場中觀察，當無論以平面鏡的哪一個反射面對準望遠鏡，均能觀察到亮十字時，如從望遠鏡中看到準線與亮十字像不重合，它們的交點在高低方面相差一段距離如圖435(a)所示。此時調(diào)整望遠鏡高低傾斜螺絲使差距減小

7、為h/2，如圖435(b)所示。再調(diào)節(jié)載物臺下的水平調(diào)節(jié)螺絲，消除另一半距離，使準線的上部十字線與亮十字線重合，如圖435(c)所示。之后，再將載物臺旋轉(zhuǎn)180o ，使望遠鏡對著平面鏡的另一面，采用同樣的方法調(diào)節(jié)。如此反復調(diào)整，直至轉(zhuǎn)動載物臺時，從平面鏡前后兩表面反射回來的亮十字像都能與分劃板準線的上部十字線重合為止。這時望遠鏡光軸和分光計的中心軸相垂直，常稱這種方法為逐次逼近各半調(diào)整法。 （4）調(diào)整平行光管圖436狹縫像與分劃板位置  用前面已經(jīng)調(diào)整好的望遠鏡調(diào)節(jié)平行光管。當平行光管射出平行光時，則狹縫成像于望遠鏡物鏡的焦平面上，在望遠鏡中就能清楚地看到狹縫像，并與準線無

8、視差。（a）（b）  調(diào)整平行光管產(chǎn)生平行光。取下載物臺上的平面鏡，關(guān)掉望遠鏡中的照明小燈，用鈉燈照亮狹縫，從望遠鏡中觀察來自平行光管的狹縫像，同時調(diào)節(jié)平行光管狹縫與透鏡間的距離，直至能在望遠鏡中看到清晰的狹縫像為止，然后調(diào)節(jié)縫寬使望遠鏡視場中的縫寬約為1mm。   調(diào)節(jié)平行光管的光軸與分光計中心軸相垂直。望遠鏡中看到清晰的狹縫像后，轉(zhuǎn)動狹縫（但不能前后移動）至水平狀態(tài)，調(diào)節(jié)平行光管傾斜螺絲，使狹縫水平像被分劃板的中央十字線上、下平分，如圖436(a)所示。這時平行光管的光軸已與分光計中心軸相垂直。再把狹縫轉(zhuǎn)至鉛直位置，并需保持狹縫像最清晰而且無視差，位置如圖43

9、6(b)所示。 至此分光計已全部調(diào)整好，使用時必須注意分光計上除刻度圓盤制動螺絲及其微調(diào)螺絲外，其它螺絲不能任意轉(zhuǎn)動，否則將破壞分光計的工作條件，需要重新調(diào)節(jié)。讀數(shù)裝置由刻度圓盤和與游標盤組成如圖437所示。 刻度圓盤分為360°，每度中間有半刻度線，故刻度圓盤的最小讀數(shù)為半度(30)，小于半度的值利用游標讀出。游標上有30分格，故最小刻度為。分光計上的游標為角游標，但其原理和讀數(shù)方法與游標卡尺類似。2. 測量圖437   在正式測量之前，請先弄清你所使用的分光計中下列各螺絲的位置： 控制望遠鏡（連同刻度盤）轉(zhuǎn)動的制動螺絲； 控制望遠鏡微動的螺絲。(1) 測量棱鏡

10、頂角A 將三棱鏡 放在平臺中央，用壓桿及彈片壓緊。固定平臺，點亮望遠鏡小燈。測量步驟如下：ABCTaTb圖439圖438 如圖438所示，將望遠鏡調(diào)到Ta位置，使它和三棱鏡的AB面垂直，也就是從望遠鏡中看到被AB面反射回來的叉絲象與叉絲重合，記下左、右兩個游標窗內(nèi)0刻度的讀數(shù)a左、a右。再將望遠鏡轉(zhuǎn)到Tb位置，使其與AC面垂直，同樣，當叉絲象與叉絲重合時，記下b左、b 右讀數(shù)。 重復上述步驟三次，記入表內(nèi)。從圖中易見，角與頂角A互補。 3. 測定三棱鏡對鈉光波長的折射率 用鈉光燈照亮狹縫，通過平行光管射出平行光束。 將待測棱鏡置于平臺上，如圖439所示，轉(zhuǎn)動望遠鏡到T位置，可清楚地看到鈉黃光譜

11、線。旋松棱鏡臺下的螺絲，并使刻度盤固定，漫漫轉(zhuǎn)動棱鏡臺，使譜線向偏向角減小的方向轉(zhuǎn)動，如果譜線移出望遠鏡視場外，則必須轉(zhuǎn)動望遠鏡跟蹤譜線（對準鈉黃譜線589.3nm)，直到棱鏡臺轉(zhuǎn)到某一位置，偏向角不再減小，即為棱鏡對該波長的最小偏向角位置。反復實驗，找出反轉(zhuǎn)點的確切位置，固定棱鏡臺，轉(zhuǎn)動望遠鏡，使使豎直叉絲準確對準鈉光線的中心，記下刻度盤讀數(shù)T1。 移去棱鏡，固定棱鏡臺螺絲，轉(zhuǎn)動望遠鏡，使鏡中叉絲對準平行光管的狹縫，記錄如射光的方位T2，而T2與T1的讀數(shù)之差即為該譜線的最小偏向角min。 將鈉光燈換為汞燈，重復上述實驗，找出棱鏡對汞燈紫線435.8nm的最小偏向角位置。 對所測頂角A和最小

12、偏向角min，代如計算公式即得棱鏡對589.3nm和435.8nm波長的折射率。結(jié)果記錄及數(shù)據(jù)處理列表記錄所有的數(shù)據(jù)，表格自擬?！咀⒁馐马棥?望遠鏡、平行光管上的鏡頭，三棱鏡、平面鏡的鏡面不能用手摸、揩。如發(fā)現(xiàn)有塵埃時，應該用鏡頭紙輕輕揩擦。三棱鏡、平面鏡不準磕碰或跌落，以免損壞。2分光計是較精密的光學儀器，要加倍愛護，不應在制動螺絲鎖緊時強行轉(zhuǎn)動望遠鏡，也不要隨意擰動狹縫。3在測量數(shù)據(jù)前務須檢查分光計的幾個制動螺絲是否鎖緊，若未鎖緊，取得的數(shù)據(jù)會不可靠。4測量中應正確使用望遠鏡轉(zhuǎn)動的微調(diào)螺絲，以便提高工作效率和測量準確度。5在游標讀數(shù)過程中，由于望遠鏡可能位于任何方位，故應注意望遠鏡轉(zhuǎn)動過程中是否過了刻度的零點。6調(diào)整時應調(diào)整好一個方向，這時已調(diào)好部分的螺絲不能再隨便擰動，否則會造成前功盡棄。7望遠鏡的調(diào)整是一個重點。首先轉(zhuǎn)動目鏡手輪看清分劃板上的十字線，而后伸縮目鏡筒看清亮十字?！舅伎碱}與習題】分光儀主要由哪幾部分組成？各部分作用是什么？分光儀的調(diào)整主要內(nèi)容是什么？每一要求是如何實現(xiàn)的？分光儀底座為什么沒有水平調(diào)節(jié)裝置