分光儀實(shí)驗(yàn)研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、分光儀研究性實(shí)驗(yàn)報(bào)告北京航空航天大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)研究性報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目：分光儀的調(diào)整及三棱鏡頂角的測(cè)量實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)3-216Experimental topics: adjustment of the spectrometer and the measuring Prism corner指導(dǎo)老師：彭金鵬第一作者：第二作者：學(xué)院：班級(jí)： 1 / 6目錄內(nèi)容摘要：2A summary content:2關(guān)鍵詞：2引言2一、實(shí)驗(yàn)儀器：3分光儀介紹3二、實(shí)驗(yàn)原理：41、分光儀的調(diào)整原理42、三棱鏡頂角的測(cè)量原理5三、主要步驟：51、分光儀的調(diào)整52、三棱鏡頂角的測(cè)量6四、數(shù)據(jù)記錄及處理：6五、討論71.誤

2、差分析7附：82.經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)83.教學(xué)建議9六、實(shí)驗(yàn)感想9七、建議及改進(jìn)10八、參考文獻(xiàn)10內(nèi)容摘要：利用分光儀的調(diào)整原理以及三棱鏡頂角測(cè)量原理測(cè)量三棱鏡的頂角，在此過程中掌握分光儀的使用，學(xué)會(huì)用反射法測(cè)量三棱鏡頂角。并且對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，處理。最后總結(jié)實(shí)驗(yàn)中的收獲與感想。A summary content: Using the principle of spectrometer adjusting measuring Prism and Prism measuring principle the top corners of the top corners, grasp the spectr

3、ometer used in this process, learn to use reflection method for measuring Prism corner. And the analysis and deal with the experimental data. Finally summarize the experimental harvests and thoughts.關(guān)鍵詞：分光儀、三棱鏡、頂角、上叉絲、鈉光燈引言：分光儀是分光測(cè)角儀的簡(jiǎn)稱，它能精確地測(cè)量平行光線的偏轉(zhuǎn)角度。借助它并利用反射、折射、衍射等物理現(xiàn)象，可完成全偏轉(zhuǎn)角、晶體折射率，光波波長(zhǎng)等物理量的測(cè)量，

4、其用途十分廣泛。一、實(shí)驗(yàn)儀器： 分光儀，平面反射鏡，三棱鏡，鈉光燈及電源分光儀介紹1分光儀的結(jié)構(gòu)分光儀外型如圖5.1-1所示，它主要由望遠(yuǎn)鏡（自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡），平行光管，載物臺(tái)，游標(biāo)刻度圓盤等幾部分組成。（1）分光儀底座中心處有一沿鉛直方向的轉(zhuǎn)軸，稱為分光儀的中心轉(zhuǎn)軸。在轉(zhuǎn)軸上套有游標(biāo)刻度圓盤（包括度盤和游標(biāo)盤），兩個(gè)盤可繞中心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡（3）平行光管（4）載物臺(tái)載物臺(tái)可繞儀器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，它是為放置棱鏡、光柵等被測(cè)光學(xué)元件而設(shè)置的，臺(tái)下有三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲，可調(diào)節(jié)載物臺(tái)的傾斜度。松開 “游標(biāo)盤止動(dòng)螺絲”、鎖緊“載物臺(tái)鎖緊螺絲”，載物臺(tái)可以和游標(biāo)盤一起繞分光儀游標(biāo)盤的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。（5）游標(biāo)

5、刻度圓盤游標(biāo)刻度圓盤與分光儀的中心轉(zhuǎn)軸垂直（分光儀出廠時(shí)已調(diào)整好）。由于刻度圓盤的中心與中心轉(zhuǎn)軸的中心制作時(shí)不能完全重合，因此在讀數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏心差. 游標(biāo)刻度圓盤由度盤和游標(biāo)盤組成，度盤最小分度值為，游標(biāo)盤最小分度值為，讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法相同（度盤上的刻度值+游標(biāo)上的刻度值）。如圖讀數(shù)為：。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、分光儀的調(diào)整原理若望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于平面反射鏡鏡面，且平面鏡鏡面平行于儀器主軸，則望遠(yuǎn)鏡光軸必垂直于儀器主軸。此時(shí)若將載物臺(tái)繞儀器主軸轉(zhuǎn)180，使平面鏡另一面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡光軸仍將垂直于平面鏡。若望遠(yuǎn)鏡光軸開始時(shí)垂直平面鏡但不垂直主軸，即平面鏡鏡面不平行于主軸，則將平面鏡反轉(zhuǎn)1

6、80之后，望遠(yuǎn)鏡光軸不再垂直于平面鏡鏡面。由光路成像原理可知，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于平面鏡鏡面的時(shí)候，反射像綠十字與上叉絲重合，若同時(shí)有平面鏡平行于儀器主軸，則望遠(yuǎn)鏡反轉(zhuǎn)180后，仍然有望遠(yuǎn)鏡與平面鏡垂直，綠十字依然與上叉絲重合，此時(shí)也必有望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于主軸。若平面鏡鏡面不平行于儀器主軸，則平面鏡反轉(zhuǎn)180后，綠十字與上叉絲將不再重合。2、三棱鏡頂角的測(cè)量原理反射法：旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)至三棱鏡頂角A對(duì)準(zhǔn)平行光管，使部分平行光由AB面反射；另一部分光由AC面反射（如圖1）。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡在位置觀察到AB面反射的狹縫像，在為之觀察到AC面反射的狹縫像時(shí)，望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過了。由圖2可知A+i+i 又因?yàn)?A=i+i 故有

7、 A=/2 A A i i B C B C 圖2圖1 三、主要步驟：1、分光儀的調(diào)整 粗調(diào)。調(diào)節(jié)水平螺釘，使望遠(yuǎn)鏡居于支架中央，并目測(cè)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺釘，使光軸大致與主軸垂直，調(diào)節(jié)載物平臺(tái)下方3個(gè)螺釘外伸部分等長(zhǎng)，實(shí)在無平臺(tái)大致與主軸垂直。 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦于無窮遠(yuǎn)處。然后調(diào)整望遠(yuǎn)鏡與儀器主軸垂直。最后調(diào)整叉絲分劃板的縱絲與主軸平行。 平行光管的調(diào)整。先使平行光管產(chǎn)生平行光，然后調(diào)整平行光管光軸與儀器主軸垂直。2、三棱鏡頂角的測(cè)量 調(diào)整三棱鏡使望遠(yuǎn)鏡分別對(duì)準(zhǔn)AB面和AC面的時(shí)候，均有綠十字與上叉絲重合。 調(diào)節(jié)入射光線的方向，使之成為圖2中位置。并使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)光線和光線，記錄左右兩邊游標(biāo)的

8、數(shù)據(jù)。 松開主刻度盤與望遠(yuǎn)鏡的固緊螺釘單獨(dú)旋轉(zhuǎn)主刻度盤5060，重復(fù)測(cè)量5次。四、數(shù)據(jù)記錄及處理： 原始數(shù)據(jù)列表如下： 第一組8346323522434312345第二組1355515433355819550第三組190017003304127043第四組2705915045795131941第五組3253120535150283036 由公式=1/2得：51195612010119581201211954因?yàn)锳=2，故有：AAAAA5A595860055959600659576001不確定度的計(jì)算： Ua(A)=0.03119 Ub (A)0.004811U(A)0.03156故完整的結(jié)果表

9、述為：AU(A) 60.020.03五、討論1.誤差分析計(jì)算角時(shí)，我們采用了=1/2，從而消除了分光儀一起偏心差帶來的系統(tǒng)誤差；加之，前面做分光儀的調(diào)整時(shí)已經(jīng)嚴(yán)格讓分光儀望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)，望遠(yuǎn)鏡光軸與一起主軸垂直及叉絲分劃板的縱絲與主軸平行，之后又讓平行光管光軸與一起主軸垂直等已經(jīng)讓儀器處于一種很精密的狀態(tài)下。最后，我們通過每次測(cè)量時(shí)改變初始值的辦法，消除了主刻度不均勻所造成的系統(tǒng)誤差。所以，分光儀正確調(diào)整后是一種非常精確的儀器，從而，我們最后算出的不確定度只有0.03，是一個(gè)相對(duì)很小的數(shù)值了。附：1)偏心差的消除在分光儀生產(chǎn)過程中，主刻度盤和游標(biāo)盤不可能完全同心，讀數(shù)時(shí)不可避免的將產(chǎn)生偏差

10、，稱為偏心差，這是儀器本身的系統(tǒng)誤差。消除系統(tǒng)誤差的辦法是采用對(duì)徑讀數(shù)法。設(shè)開始時(shí)，左邊游標(biāo)的讀數(shù)為1，右邊游標(biāo)的讀數(shù)為1，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡或載物平臺(tái)轉(zhuǎn)過某一角度后，左邊游標(biāo)的讀數(shù)為2，右邊游標(biāo)的讀數(shù)為2，可以由左邊的讀數(shù)得到其轉(zhuǎn)角 1 = 2 1，由右邊讀數(shù)得到 2 = 2 1 ，然后取其平均值： = 1/2（ 1 + 2 ）= 1/2 ( 2 1 ) + ( 2 1 ) 這就可以消除偏心差，得到準(zhǔn)確的結(jié)果。2)減小主刻度盤刻度不均勻造成的系統(tǒng)誤差如果主刻度盤不均勻，測(cè)量時(shí)將產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差。為了減少此誤差，需在刻度盤不同部位進(jìn)行多次測(cè)量，然后取其平均值。測(cè)量方法：每次測(cè)量時(shí)應(yīng)改變初始值，即開刻度

11、盤固緊螺釘，單獨(dú)旋轉(zhuǎn) 5060，測(cè)量次數(shù)不少于5次。2.經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 必須做好分光儀的粗調(diào)，粗調(diào)是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)或許有人會(huì)說，粗調(diào)很粗糙，怎么會(huì)是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)呢。其實(shí)不然，光學(xué)儀器比較精密，調(diào)節(jié)范圍小，粗調(diào)做不好的話，會(huì)使實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行下去。分光儀粗調(diào)時(shí)要使望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)大體水平，且螺釘要有上下調(diào)整的足夠余量。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)時(shí)要把各部分的功能搞明白例如，調(diào)節(jié)綠十字和叉絲無視差時(shí)，必須明白目鏡筒手輪A是哪個(gè)部位，功能是什么；載物臺(tái)下方的螺釘a,b或c是什么，作用為何；望遠(yuǎn)鏡下方的俯仰螺釘怎么調(diào)等等。如果在做實(shí)驗(yàn)前將這些都弄明白了，那實(shí)驗(yàn)就會(huì)進(jìn)行的很順利。注意使用半調(diào)法實(shí)驗(yàn)中，我注意到有的同學(xué)做的很慢，正面的綠十字

12、調(diào)好之后，反面的總合不到一起，看他操作，原來是綠十字的調(diào)節(jié)是沒有使用半調(diào)法。在望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)的基礎(chǔ)上我們觀察綠十字一般會(huì)發(fā)現(xiàn)它是偏離上叉絲的，調(diào)節(jié)螺釘b或c，使綠十字向上叉絲移近1/2的偏離距離，再調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺釘，是綠十字與上叉絲重合，這時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸與平面鏡鏡面垂直。將平面鏡翻轉(zhuǎn)180，重復(fù)調(diào)節(jié)螺釘b或c，并調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺釘，使綠十字每次消除1/2的偏離量，直至綠十字始終都落在上叉絲中心為止，此為半調(diào)法。實(shí)驗(yàn)時(shí)一定得注意半調(diào)法的使用，這是順利調(diào)節(jié)的正確方法。3.教學(xué)建議老師在講解時(shí)可不可以親身操作一臺(tái)儀器，這樣的話會(huì)讓同學(xué)們深入了解實(shí)驗(yàn)儀器及原理，對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作更熟悉，讓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得更順

13、利。分光儀實(shí)驗(yàn)室在做實(shí)驗(yàn)時(shí)可不可以把PPT的投影儀給關(guān)了，因?yàn)镻PT的亮度太亮，會(huì)影響到綠十字和上叉絲重合的調(diào)節(jié)。六、實(shí)驗(yàn)感想分光儀是一種能夠精確測(cè)量角度的儀器，如平行光線的偏轉(zhuǎn)角度、借助于平行光線來測(cè)量光學(xué)元件的角度。本次試驗(yàn)中，我們選擇了其中的利用平行光線測(cè)量三角形光學(xué)元件的一個(gè)頂角的實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)為，此為本次實(shí)驗(yàn)組的基礎(chǔ)型試驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，我有以下感受：試驗(yàn)中分光儀的調(diào)整是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，也是試驗(yàn)?zāi)軌虺晒Φ囊粋€(gè)底線，只有把分光儀的光軸于載物臺(tái)的軸線調(diào)到垂直，接下來的實(shí)驗(yàn)才能順利進(jìn)行。在我看來，調(diào)節(jié)重要的是認(rèn)真和耐心，而這正是科學(xué)研究，特別是精細(xì)形工作的必要條件。學(xué)會(huì)了分光儀的使用，明白了個(gè)中道理

14、。這個(gè)實(shí)驗(yàn)我做了一次，由于當(dāng)時(shí)是以按時(shí)完工為目的，所以草草的就做完了，后來一想感覺無法理順，后來又跟著同學(xué)旁聽了一次，才弄清個(gè)中道理。我也幫助了一些第一次做的同學(xué)，通過和他們的討論，能夠給出一些有利的見解開闊了思路，在此之前，對(duì)角度的測(cè)量?jī)H只有使用量角器測(cè)量等數(shù)學(xué)方面的思想，通過實(shí)驗(yàn)，明白了平行光線測(cè)量頂角的原理，認(rèn)識(shí)到平行光的實(shí)際用途，并且發(fā)現(xiàn)平行光測(cè)量的方法的精確度很高，正好應(yīng)和了科學(xué)人要求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，同時(shí)，也讓我開闊了思路，轉(zhuǎn)向于將各個(gè)學(xué)科之間加以聯(lián)系，不拘泥于一點(diǎn)，多用不同的方法，以至于跨學(xué)科來思考問題。七、建議及改進(jìn)此設(shè)想基于學(xué)生研究性的實(shí)驗(yàn)。本人在兩次實(shí)驗(yàn)中，都發(fā)現(xiàn)在觀察平行光的反射光時(shí)，望遠(yuǎn)鏡中的像都有些模糊，即使分光儀調(diào)整的很好，也會(huì)遇到此情況。作者認(rèn)為，這和儀器自身有關(guān)。待測(cè)三角棱鏡的頂角在某種程度上都有或多或少的損壞，平行光在照射棱鏡時(shí)，是以一束光的形式進(jìn)行反射的，在平面上的反射光繼續(xù)以原形式傳播，而在頂角損壞處的反射光則會(huì)偏離既定方向，最終在鏡筒中呈現(xiàn)出模糊的光像，頂角損壞的越嚴(yán)重，光就越模糊，實(shí)驗(yàn)的偏差就會(huì)越大。改進(jìn)方案：在平行光管的物鏡前面（靠近望遠(yuǎn)鏡的一側(cè)）加一塊雙縫（大小可調(diào)）的遮光片，與平行光管自身的可調(diào)狹縫