分光计调整和使用

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1、分光计的调整与使用【实验目的】（1）了解分光计的结构以及双游标读数消除误差的原理。（2）掌握分光计的调整要求、使用方法与技巧。（3）学会测量三棱镜的顶角。（4）推导分光束法，自准直法测量三棱镜顶角的公式。【实验原理】1.分光束法测三棱镜的顶角a如图3.11.10所示，此时光束同时照在棱镜的两个侧面上，分别测出光线左向反射线角位置jL及右向反射线角位置jR，则由图3.11.10可证（3.11.1）（a）（b）图3.11.10为了消除分光计刻度盘的偏心误差（见“附消除偏心差的原理”），测量每个角度时，在刻度盘的两个角游标Ⅰ，

2、Ⅱ上都要读数，然后取平均值，于是（3.11.2）2.自准直法测三棱镜的顶角a如图3.11.11所示，（3.11.3）3.最小偏向角q的测定及折射率计算图4.11.12所示为一束单色平行光入射三棱镜时的主截面图。光线通过棱镜时，将连续发生两次折射，出射光线和入射光线之间的交角q称为偏向角。i1为入射角，为出射角，a为棱镜的顶角。当i1改变时，q随之改变。可以证明，当i1＝时，偏向角q有最小值qmin，此时入射角i1＝(qmin+a)/2，折射角i2＝a/2，由折射定律nsini2＝sini1，可得三棱镜的折射率为（3.11

3、.4）因此，对于具有棱柱形的透明物体，只要测出最小偏向角qmin及入射面出射面之间的夹角a，就可由式（4.11.4）计算出棱镜对该种光的折射率。应当注意，通常所说的某物质折射率n，是对钠黄光（波长l为5893Å）而言。图3.11.11图3.11.12用分光计可以精确地测得棱镜的qmin和a，从而求得该棱镜的折射率。【实验内容】1.用分光束法测三棱镜的顶角a将三棱镜待测顶角a的顶点置于载物台中心（为什么？不妨自己试试其他位置），并对准平行光管（见图3.11.13），每个角度测5次，每次Ⅰ（左），Ⅱ（右）角游标都需同时读数，

4、数据记录到表3.11.1中，并按公式（3.11.2）计算角度a。（a）（b）图3.11.13表3.11.1次数12345平均jLⅠⅡjRⅠⅡ2.自准直法测三棱镜的顶角a测顶角a的另一个方法是自准直法，即转动望远镜分别使其与棱镜的光学面垂直，记其在这两个位置之间的转角为j。3.测三棱镜的最小偏向角qmin图3.11.14将三棱镜置于载物台上（见图3.11.14），应注意调整载物台使高度适当。转动载物台，寻找最小偏向角。可以先用目测找到出射光线，然后转动载物台，使偏向角变小，直至载物台转动方向不变，偏向角却开始变大为止。这时

5、再用望远镜精确地测定这个光线偏折方向发生改变时的临界角度q，此角度与光线无偏折（无棱镜）时的角位置q0之差即为棱镜的最小偏向角qmin。为了消除偏心误差，测量每个角度时，在刻度盘的两个角游标Ⅰ、Ⅱ上都要读数，然后取平均值，即q与q0都要测5次。数据记录表如表3.11.2所示。表3.11.2次数12345平均qⅠⅡq0ⅠⅡ4.测量结果三棱镜的折射率为式中【思考题】（1）分光束法测a时：①狭缝宽度对结果是否有影响？试分析之。②若被测顶角不放于载物台中心又会如何？（2）测顶角a的另一个方法是自准直法，即转动望远镜分别使其与棱镜

6、的光学面垂直，记其在这两个位置之间的转角为j，问：①如何判断望远镜与光学面垂直？②推导出由转角j计算顶角a的公式。③三棱镜应如何放置于分光计载物台上？（3）请证明由棱镜最小偏向角求折射率n的公式。（4）分光计调整的基本要求是：、和都垂直于。（5）在分光计的调整中，转动载物台时，反射回来的亮十字总在中间十字丝（横丝）附近移动，说明光轴与主轴不。（6）用自准直法调整望远镜时，若亮十字的反射像正好位于分划板中心，则必定是由于：①分划板中心正好和物镜焦点重合；②分划板中心正好在物镜焦平面上；③望远镜光轴垂直于反射平面；④以上①，

7、②，③都不对。（7）分光计调整时，调节垂直于可用渐近法。（8）简述渐近法调整时的步骤。（9）能否用三棱镜代替平面镜进行分光计的调节？为什么？能否调节到棱镜的三个折射面均垂直于望远镜光轴？（10）用自准直原理调节望远镜时，如何判断叉丝及其反射像与物镜的焦平面是否严格地共面？如何判断叉丝是位于物镜焦平面的外侧还是内侧？（11）弄清分光计要设置两个角游标读数的缘由。