分光计的调节与使用1

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1、实验26 分光计的调节与使用教学目标了解分光计的结构，学习调整分光计；掌握利用分光计测量三棱镜顶角的方法；学会用最小偏向角法测量玻璃三棱镜的折射率。重点与难点重点：分光计的调整与三棱镜顶角和折射率的测量。难点：仪器调整和测量。实验内容分光计调整；用反射法测定三棱镜顶角；测定最小偏向角min，计算三棱镜对钠光的折射率；实验数据处理计算。教学方法讨论、启发、指导方式教学。教学过程设计一讨论1. 分光计由哪几部分构成？ 分光计的结构图平行光管望远镜游标盘刻度盘载物台图4-26-1 分光计结构2. 分光计调整要达到什么要求？分光计调整要达到三个要求： 望远镜调焦到无穷远）； 平行光管出射平行光； 平行

2、光管和望远镜的光轴应与分光计中心轴垂直。3. 怎样判定望远镜适合观察平行光？如何调整？从望远镜中能同时清晰看到分划板十字准线和绿色反射像且无视差。对望远镜的目镜和物镜进行调焦，其中物镜调焦用“自准直法”进行。4. 怎样判定望远镜光轴与分光计中心轴垂直？如何调整？分别从小镜两反射面反射回来的两反射像，均与分光板的调整用准线（分划板上方的十字叉线）重合。在望远镜能接收平行光的基础上，根据反射定律，应用“各半调节法”进行调整。5. 怎样判定平行光管出射平行光？如何调整？从望远镜里可清晰看到平行光管狭缝的像呈现在分划板上且无视差。望远镜对准平行光管（注意：这一步及后面操作绝对不能动望远镜的仰角调节螺丝

3、以及物镜和目镜的焦距），从望远镜观察平行光管狭缝的像，调节平行光管透镜的焦距，使从望远镜清晰看到狭缝的像（一条明亮的细线）呈现在分划板上为止。这时望远镜接收到的是平行光，也就是说，平行光管出射的是平行光。6. 怎样判定平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直？如何调整？ 从望远镜看到的狭缝像与分光板上的竖直准线重合，狭缝像转90o后又能与中心水平准线重合。在上一步的基础上，调节平行光管（或望远镜）的水平摆向调节螺丝，使狭缝细线像与十字竖线重合，然后转动狭缝90o，调节平行光管的仰角螺丝，使狭缝细线像与中心水平线重合。这时平行光管光轴与望远镜光轴共线，也就与分光计中心轴垂直。7. 如何应

4、用分光计测量三棱镜的顶角？ 测量三棱镜顶角的方法有自准法和反射法两种。本实验要求用反射法测量。它的测量原理如下： 如图4-26-2所示，一束平行光由顶角方向射入，在两光学面上分成两束反射光。测出两束反射光线之间的夹角，则可得到顶角A为 （4-26-1）图4-26-2 用反射法测棱镜的顶角图4-26-3 最小偏向角的测量实验时，将待测棱镜放在分光计载物小平台上，使棱镜的折射棱正对平行光管，并接近载物台的中心位置，如图4-26-2所示。调节载物台面平面与分光计主轴垂直，旋紧7、25，锁紧载物台和游标盘，缓慢转动望远镜，用望远镜寻找经过棱镜两反射面反射回来的狭缝像，使狭缝像与分划板中心竖线重合。记录

5、下望远镜所处位置分别为和时的两刻度盘读数1 、 1和2 、2 ，则望远镜分别处于和位置时光轴的夹角为 =( 2 1)+(2 - 1) / 2。重复测量三次，按（4-26-1）式求出顶角A，计算其测量不确定度。图4-26-4 三棱镜的光路图8. 转动望远镜时，如果越过了刻度0点，则应该怎样计算望远镜转过的角度？转动望远镜时，如果越过了刻度0点，则应按下式计算望远镜转过的角度 =360O 219. 如何应用分光计测量玻璃三棱镜的折射率n？由图4-26-4的三棱镜光路图，可以证明： （4-26-6）其中A是三棱镜的顶角，min是出射光在i1=i2时的最小偏向角。由上式可见，只要测得三棱镜的顶角A和对

6、钠黄光的最小偏向角min ，便可间接测出对该波长的光的折射率n。 实验时， 将三棱镜放置于载物台上，使棱镜折射面与平行光管轴线的夹角约为30o。 观察偏向角的变化。首先根据折射定律判断折射光线的出射方向，用眼睛观察，找到折射光线。然后轻轻转动载物台，观看折射光线的移动情况。当看到折射光线向偏向角减小的方向移动时，继续沿此方向转动载物台，就会看到当载物台转至某一位置时，折射光线不再移动，此后，该折射光线转向偏向角增大的方向移动。这一光线移动方向发生转折的位置（如图4-26-3）就是处于最小偏向角dmin时的位置，固定游标盘，使用微调机构调节望远镜的位置，使望远镜的叉丝对准折射光线的中央，定位后读

7、出此时读数圆盘两游标的读数1、1。 测定入射光方向。旋紧7、25，锁紧载物台，将望远镜对准平行光管，使分划板十字竖线对准狭缝中央，读出此时两游标的读数2、2，则最小偏向角min为： （4-26-7） 重复测量三次，求平均值。 由公式（4-26-6），可以求出三棱镜对钠光的折射率n。二、预习检查提问问题：1在分光计调节使用过程中，要注意什么事项？2调节分光计的最终要求是什么？ 3调节望远镜能接收平行光用了什么调节方法？把小镜反射回来的绿色十字像调节到与上十字叉线中心重合，是用什么调节法？ 4在分光计调整中，小反射镜按图4-26-9方式放置有什么好处？5在分光计调节好后，把待测三棱镜放在载物台上，

8、调整它的光学面与分光计中心转轴平行时，采用什么调整方法？调整时能否再动望远镜的有关调整螺钉？应调整哪些螺钉？（P.48）6 望远镜实际转过的角度取两测角标尺读数的平均值，目的是什么？（P.45）7 测量望远镜转过的角度时，如果望远镜在转动过程中，越过了刻度的零点，此时从两测角标尺读得的数值中，应如何计算望远镜转过的角度？三课后思考题1测棱镜顶角还可以使用自准法，当入射光的平行度不好时，用那种方法测顶角误差较小？2是否对有任意顶角A的棱镜都可以用测最小偏向角的方法来测它的材料的折射率？3假设平面镜反射面已经和转轴平行，而望远镜光轴和仪器转轴成一定角度，则反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试画出光路图。4假设望远镜光轴已垂直于仪器转轴，而平面镜反射面和仪器转轴成一角度，则反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试画出光路图。