分光计的调节和使用

1. 分光计的调节和使用 河北工业大学物理实验中心 LXH

2. 实验背景 分光计是把多色光分解为单色光的仪器，它通常利用棱镜或光栅等分光元件把一束复色光分解为不同角度出射的单色光，通过对出射光角度的测量来得到它的波长等信息。 分光计的基本部件和调节原理与其它更复杂的光学仪器（如单色仪、摄谱仪等）有许多相似之处，因此，学习和使用分光计能为今后使用更为精密的光学仪器打下良好的基础。 　物理实验中心　

3. 实验目的 １ 学习分光计的使用方法 ２ 学习用反射法测量三棱镜的顶角 ３ 学习测量玻璃三棱镜折射率的方法 　物理实验中心

4. 实验原理 用反射法测出三棱镜的顶角 一束平行光由顶角方向射入，被三棱镜的两个光学表面反射后，只要测出两束反射光的夹角，即可求顶角为 光路图

5. 实验原理 三棱镜折射率的计算

6. 实验原理 分光计 1．分光计的结构 • 要测量入射光与出射光传播方向之间的夹角，必须满足两个条件： • 第一,入射光与出射光均为平行光束。 • 第二,入射光、出射光的方向以及反射面或折射面的法线都与分光计的刻度盘平行。 • 为此，分光计上装有：能产生平行光的平行光管，能接收平行光的望远镜，能承载光学元件的载物台，读数装置。此4个主要部件是必须的。 　物理实验中心

7. 实验原理 （1）望远镜 用来观察和确定光线进行方向的。它由物镜、目镜、分化板、照明灯泡等组成。 目镜由场镜和目镜组成。我们所用的目镜为阿贝目镜。见教材。 在场镜前装一个全反射小棱镜，小棱镜紧贴分化板的一面刻有透光的十字窗，照明灯发出的光线，经过小棱镜反射后再经物镜折射到平台上的平面镜 ，反射回来的像为小十字。

8. 实验原理 目镜套筒 物镜套筒 斜度调节螺丝 分划板套筒

9. 实验原理 分划板 物镜 目镜 反射镜 当望远镜光轴与反射面垂直时，反射回来的小十字像应位于与十字窗对称的位置上。光路图如下：

10. 实验原理 （2）平行光管 物镜 缝宽 调节螺丝 水平调节螺丝 斜度调节螺丝 它的作用是产生平行光。当狭缝恰好位于透镜的焦平面时，产生平行光。

11. 实验原理 （3）载物台 平台斜度调节螺丝 平台锁紧螺丝 用来放置光学元件

12. 实验原理 （4）读数装置 游标 度盘 望远镜相对于载物台转过的角度即由读数盘读出。读数装置是由圆刻度盘和游标盘组成。 圆刻度盘为360°，最小分度值0.5°（30′），小于0.5°则需用游标读数。

13. 实验原理 游标盘上刻有30个小格（游标上30个小格与刻度盘上的29个小格相等），格值为29′，故分度值为1′。 读数的方法与游标卡尺的读数方法相似。 两个游标对称放置（相差180°），是为了消除圆刻度盘中心与分光计中心轴线之间的偏心差。测量时，要同时记下两游标所示的读数。

14. 实验原理 2．分光计的调节 调整分光计的目的： 第一，望远镜与平行光管共轴。 第二，望远镜、平行光管均与分光计转轴垂直。下面是具体调整方法。

15. 实验原理 （1）目测粗调 目视法进行粗调，使望远镜、平台、平行光管大致垂直于仪器转轴。具体方法： 凭眼睛观察，调节望远镜斜度调节螺丝与平行光管斜度调节螺丝，使望远镜与平行光管的光轴大致同轴，再调节载物台三个斜度调节螺丝，使载物台的法线方向大致与望远镜和平行光管的光轴垂直。 目测粗调是细调的前提，也是分光计能否被顺利调到可测量状态的保证。

16. 实验原理 （2）调整望远镜聚焦于无穷远 十字像 十字窗 两种常见的分划板实例 要达到的目的：在分化板上调出清晰的十字像。

17. 采用自准法调整望远镜,方法如下： 实验原理 • b.旋转目镜套筒，调节目镜改变目镜与分划板叉丝的距离，看清“╪”形叉丝。 分划板上面水平线 十字叉丝 a.打开分光计电源（点亮照明小灯），照亮分划板叉丝。

18. 实验原理 • 平面镜放置方法可按图a（也可按照图b）所示放置。具体如下： • 将反射镜放置在平台上的任意两个调节螺丝的中垂线上，且镜面与平台基本垂直。 图a 图b C.在载物台上放置平面反射镜。

19. 实验原理 • 若十字像偏上或偏下，适当调节望远镜的倾斜度及载物台物平台底部螺丝，使两次反射像均能进入望远镜镜筒，这一步很重要。 d.转动平台，眼睛沿望远镜旁观察，判断从平面镜正反两面反射的十字像是否能进入望远镜内。

20. 实验原理 e.调解望远镜的物镜和分化板间距，使十字像清晰并无视差（左右移动眼睛时，十字像与分化板上的叉丝无相对的移动），说明望远镜已经聚焦于无限远处了，即平行光聚焦于分化板平面上了。

21. 实验原理 (3)调整望远镜光轴垂直于仪器转轴 • 调节平面镜前方或后方平台斜度调节螺丝和望远镜的斜度，使平面镜正反两面的反射像都在和十字窗对称的叉丝中心，这时，望远镜光轴垂直于仪器转轴。 要达到的目的：平面镜正反两面反射的两个十字像均成于上方叉丝处。如图所示。具体调节方法：

22. 实验原理 各半调节 • 所谓各半调节法就是调节上述两个位置，分别使绿色亮“十”字像移动h/2,使之移动到正确位置。 • 具体方法如下：先调平台斜度调节螺丝，使像与叉丝距离移近一半；再用望远镜斜度调节螺丝调剩下的一半，使绿色亮“十”字像与叉丝上横线重合。转过180度后重复上述调节。 若平面镜正反两面的反射像不重合，一般采用下列方法： 首先，要调到能看到两个十字像，然后采用各半调节的方法来调节。

23. 实验原理 (4)调节平行光管产生平行光 狭缝像 • 具体方法如下： 要达到的目的：从望远镜目镜能看到清晰的狭缝像。

24. 实验原理 a.目测粗调。 b.点燃水银灯，均匀照亮狭缝。 c.调焦 • 拧松狭缝套筒制动螺丝，调节狭缝和平行光管透镜间的距离，直至在望远镜目镜视场中看到清晰的狭缝像，同时应使狭缝像与叉丝无视差，这时平行光管发出的光是平行光。再调狭缝宽度调节螺丝，使狭缝宽度约0.5mm左右即可。 用眼睛目测，调节平行光管斜度调节螺丝，使平行光管光轴大致与望远镜光轴同轴。

25. 实验原理 (5)调节平行光管光轴与仪器转轴垂直 调节方法：先转动望远镜，使狭缝像在叉丝竖线上，再调节平行光管斜度调节螺丝，使竖直狭缝像的中心与“╪”叉丝的中心交叉点重合。 此时，平行光管的光轴与望远镜光轴平行，则平行光管的光轴与仪器转轴必定垂直。

26. 实验仪器 • 三棱镜 • 平面反射镜 汞灯 JJY-1型分光计

27. 实验内容与步骤 用反射法测出三棱镜的顶角 光路图

28. 用反射法测出三棱镜的顶角 • 1.调节分光计 • 2.安置三棱镜 方法：顶角A置于载物台平台中心，三棱镜顶角对准平行光管。 要求做到：三棱镜的两个反射面与望远镜光轴垂直。（要得到的结果：由三棱镜的两个反射面反射的亮十字像分别与上方十字线重合。）

29. 用反射法测出三棱镜的顶角 3.移动望远镜从目镜中观察到反射光 要得到的结果：从望远镜中能看到三棱镜左右两个反射面的反射光（狭缝像）。 调节方法：与望远镜垂直于光轴的调节方法相同。

30. 用反射法测出三棱镜的顶角 4.测量三棱镜的两个反射面反射光（狭缝像）的位置 • 方法：用望远镜观察测出三棱镜左右的反射面反射光（狭缝像）的位置。具体方法： • 用望远镜对准左侧反射光（狭缝像）的位置，读左右游标读数、，再将望远镜对准右侧反射光（狭缝像）的位置，读左右游标读数、。

31. 用反射法测出三棱镜的顶角 5.计算：三棱镜的顶角

32. 用分光计测出最小偏向角 • 记录无偏向时的位置 、最小偏向位置（谱线移动方向发生逆转时的位置） 。

33. 用分光计测出最小偏向角 关键：找出谱线移动方向发生逆转时的位置。具体方法： 当三棱镜转到某个位置时，彩色谱线不再移动。继续使三棱镜沿原方向转动，彩色谱线反而向相反方向移动，即偏向角反而增大。这个转折位置就是最小偏向角位置，也称为截止位置。

34. 用分光计测出最小偏向角 在望远镜中观察到的汞灯经三棱镜折射的图像 白光 彩色谱线 绿光

35. 三棱镜折射率的计算

36. 数据记录 1.测量三棱镜顶角 玻璃三棱镜

37. 数据记录 2.测量汞灯绿光最小偏向角

38. 思考与讨论 1.分光计由哪些主要部件组成？它们各自的主要作用是什么？ 2.用分光计测量角度前应该调节分光计达到什么要求？ 3.如何判断望远镜已对无穷远聚焦？用什么方法调节望远镜光轴垂直于旋转主轴？如何判断平行光管已发射平行光？ 4.当转动载物台平面镜跟着转动时，目镜中的绿色“十”字反射像在视野中扫过，如它的轨迹与“╪”形叉丝上横线不平行，有没有关系？如果要调，怎么调？

39. 思考与讨论 5.放置三棱镜时，载物台的高度要合适，“合适”指什么？要达到什么目的？ 6.怎样调节三棱镜的两个光学面的法线垂直于分光计转轴？ 7.经过调节，三棱镜AB面法线和AC法线面已经与望远镜光轴垂直了，在以后的操作过程中，三棱镜不能拿下来再放上去，为什么？ 8.什么是最小偏向角？实验中如何确定最小偏向角的位置？ 9.测量最小偏向角时，三棱镜在载物台上的位置为什么不是任意的？

40. 谢谢 谢 谢 观 看