(科大奥锐实验平台)分光计调整与使用实验报告(实验满分-内含实验数据截图).doc

(科大奥锐实验平台)分光计调整与使用实验报告（实验满分，内含实验数据截图）

　 学生姓名　xxx　学　　　号　XXX　成绩　　系（院）别　电气与机械工程学院　专　　　业　电气及其自动化　班级　XXX　课程名称　大学物理　实验日期　2020- - 05- - 19　组　　　别　　合作者　　实　验　室　物理仿真实验平台　实验台号　　指导教师　XXX　 实验名称＿＿分光计的调整与使用＿＿＿＿＿＿ 【实验目的】　1. 了解分光计的结构。
　　 2. 学习分光计的调整和测量角度的方法。
　　 3. 学习测量三棱镜顶角的原理。
　　　　【仪器设备】　
分光计　 ；　电脑( 需要电脑进行实验模拟）；　 【实验原理】 实验原理 1. 分光计的结构 分光计主要由底座、平行光管、望远镜、载物台和读数圆盘五部分组图 成。外形如图 1 所示。
　　 图 图 1 分光计外形图 1—— 狭缝装置；2—— 狭缝装置锁紧螺钉；3—— 平行光管；4——制 制动架( 二) ； 5—— 载物台；6—— 载物台调节螺钉(3 只) ；7—— 载物台锁紧螺钉；8—— 望远镜；9—— 目镜锁紧螺钉；10—— 阿贝式自准直目镜；11—— 目镜调节手轮；12—— 望远镜仰角调节螺钉；13——望 望； 远镜水平调节螺钉；14——； 望远镜微调螺钉；15—— 望远镜制动螺钉；16—— 制动架( 一)； ；17—— 底座；18—— 转座；19—— 刻度盘；20——游标盘；21—— 游标盘微调螺钉；22—— 游标盘制动螺钉；23——平 平
行光管水平调节螺钉；24—— 平行光管仰角调节螺钉；25—— 狭缝宽度调节手轮　图 图 2 望远镜结构 (1) 底座—— 中心有一竖轴，望远镜和读数圆盘可绕该轴转动，该轴也称为仪器的公共轴或主轴。
　　(2) 平行光管—— 是产生平行光的装置，管的一端装有会聚透镜，另一端是带有狭缝的圆筒，狭缝宽度可以根据需要调节。
　　(3) 望远镜—— 观测用，由物镜和目镜系统组成，为了调节和测量，物镜和目镜之间还装有分划板，它们分别置 于内管、外管和中管内，图 三个管彼此可以相互移动，也可以用螺钉固定。参看图 2 ，目镜在内块 管中，分划板在中管中，分划板下方紧贴一块 45 °的全反射棱镜，棱镜与分划板的粘贴部分涂成黑色，仅留一个绿色的小十字窗口。光从 线从小棱镜的另一直角边入射，从 45 °反射面反射到分划板上，透光部分便形成一个在分划板上的明亮的十字窗。
　　(4) 载物台—— 放平面镜、棱镜等光学元件用。台面下三个螺钉可调节台面的倾斜度。
　　(5) 读数圆盘—— 是读数装置。由可绕仪器公共主轴转动的刻度盘和有 游标盘组成。度盘上有 720 等分刻线，格值为 30 ′。有两个角游标。
这是因为读数时，要读出两个游标处的读数值，然后取平均值，这样可以消除偏心误差。
　　读数方法和游标卡尺相似，这里读出的是角度。读数时，以角游标零刻线为准，读出刻度盘上的度值，再找游标上与刻度盘上刚好重合的刻线为所求分值。
　　2. 分光计的调整原理和方法 (1) 调整分光计，最后要达到下列要求：
　　1) 平行光管发出平行光； 2) 望远镜对平行光聚焦( 即接收平行光) ； 3) 望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。
　　。
　　分光计调整的关键是调好望远镜，其他的调整可以以望远镜为标准。
　　(2) 调整望远镜 1) 目镜调焦 这是为了使眼睛通过目图 镜能清楚的看到图 3 所示分划板上的刻线。调焦方法是把目镜调焦手轮轻轻旋出，或旋进，从目镜中观看，直到分划板刻线清晰为止。
　　2) 调望远镜对平行光聚焦 这是要将分划板调到物镜焦平面上，调整方法是：
　　A) 把分划板照明，将双面平面镜放到载物台上。为了便于调节，平面图 镜与载物台下三个调节螺钉的相对位置如图 4 。

　　　　图 图 3 从目镜中看到的分划板　　图 图 4 载物台上双面镜放置的俯视图 B) 粗调望远镜光轴与镜面垂直—— 用眼睛估测一下，把望远镜调成水平，再调载物台螺钉，使镜面大致与望远镜垂直。
　　C) 观察与调节镜面反射像—— 固定望 远镜，双手转动游标盘，于是载物台跟着一起转动。转到平面镜正好对着望远镜时，在目镜中应该看到一个绿色的亮十字随着镜面的转动而动，这是镜面反射像。如果有些模糊，只要沿着轴向移动目镜筒，直到像清晰，再旋紧目镜旋紧螺钉，则望远镜已对平行光聚焦。
　　3) 调整望远镜光轴垂直于仪器主轴 当镜面与望远镜光轴垂直时，它的反射像应落到分划板的上十字中图 心，见图 3 。平面镜绕轴旋转 180 °以后，如果另一镜面的反射像也落在此处，这表明镜面平行于仪器主轴。当然，此时与镜面垂直的望远镜光轴也垂直于仪器主轴。
　　图 图 6 望远镜光轴没调好的表现及调 整原理 (3) 调整平行光管发出平行光并垂直于仪器主轴 将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦平面上，物镜将出射平行光。
　　调整方法是：取下平面镜和关掉目镜照明光源，狭缝对准前方水银灯光源，使望远镜转向平行光管方向，在目镜中观察狭缝，沿轴向移动
狭缝筒，直到像清晰。这表明平行光管已发出平行光。
　　再将狭缝转向横向，调螺钉(24) ，将像调到中心横线上，见图 7(a)。
　　。这表明平行光管已与望远镜光轴共线，所以也垂直于仪器主轴。
　　图 再将狭缝调成竖直，锁紧螺钉，见图 7(b) 。
　　　图 图 7 平行光管光轴与望远镜光轴共线　　图 图 8 三棱 镜最小偏向角原理图 图 3. 用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率 图 见图 8以 ，一束单色光以 到 角入射到 AB 面上，经棱 镜两次折射后，从AC 为 面射出来，出射角为 。入射光和出射光之间的夹角δ称为偏向角 角。当棱镜顶角 A 一定时，偏向角 角 δ 角 的大小随入射角 的变化而变化。而当 时，δ 为最小( 证明略) 。这时的偏向角称为最小偏向角，记为 。
　　。
　　图 由图 8 可以看出，这时　
平顶山学院电气与机械工程学院实验报告　　为 设棱镜材料折射率为 n ，则　故 故　 率 由此可知，要求得棱镜材料的折射率 n ，必须测出其顶角 A 和最小偏向角 。
　　。

【实验过程】 调整分光计。
按照实验原理的描述调整初始分光计状态； 2. 使三棱镜光学侧面垂直于望远镜光轴。
　　(1) 调载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到载物台上，使棱镜三图 边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直，见图 9 。
　　 图 图 9 三棱镜在载物台上放置方法 (2) 接通目镜光源，遮住从平行光管来的光。转动载物台，在望远镜面 中观察从侧面 AC 和 和 AB 反射回来的十字像，只调节台下三螺 钉，图 使其反射像都落到上十字线处，见图 10 。调节时，切莫动螺钉；　图 图 10 测棱镜顶角 A 注意：每个螺钉的调节要轻微，要同时观察它对各侧面反射像的影响。调整好后的棱镜，其位置不能再动。
3. 测三棱镜顶角 A 面 固定望远镜和刻度盘。转动游标盘，使镜面 AC 正对望远镜，见图10 。记下游标 1 的读数 标 和游标 2 的读数 使 。再转动游标盘，使 AB标 面正对望远镜，记下游标 1 的读数 标 和游标 2 的读数 。同一游标两次读数之差 或 度 ，既是载物台转过的角度 而 ，而 是 是 A角的补角。
　 4. 测三棱镜最小偏向角 (1) 平行光管狭缝对准前 方水银灯的光源。
　　(2) 旋松望远镜制动螺丝和游标盘制动螺丝，把载物台及望远镜转至图 如图 11 中所示的位置(1) 处，再左右微微转动望远镜，找出棱镜出射的各颜色的水银灯光谱线( 各种波长的狭缝像) 。
　　 图 图 11 测最小偏向角 (3) 轻轻转动载物台(角 改变入射角 ) ，在望远镜中将看到谱线跟着动。变 改变 ，应使谱线往 减小的方向移动(角 向顶角 A 方向移动) 。望远镜要跟踪光谱线转动，直到棱镜继续转动，而谱线开始要反向移动(即 即
偏向角反而变大) 为止。这个反方向移动的转折位置，就是光线以最小偏向角射出的方向。固定载物台，再使望远镜微动，使其分划板上的中心竖线对准其中的那条绿谱线( 或其它要测量的谱线) 。
　　(4) 测量 记下此时两游标处的读数 和 。取下三棱镜，转动望远镜对准平行图 光管，即图 11 中(2) 的位置，以确定入射光的方向，再记下两游标处的读数 和 。此时绿谱线的最小偏向角 ； ；　将 镜 值和测得的棱镜 A 角平均值代入式(2) 计算 n 。
　　5. 注意事项 (1) 转动载物台，都是指转动游标盘带动载物台仪器转动。
　　(2)度 狭缝宽度 1mm 左右为宜，宽了测量误差大，窄了光通量小、谱线暗。

　 【原始记录与数据处理】　 衍 射光 谱级次 次　 -1 1　 -2 2　 左 侧衍 射光 光　角 坐标 标　 117 度 度27 分　 98 度 34　分 分　 88 度 度31 分　 88 度31 分　侧 右 侧 297 278 306 268 度 度
　　　　　误差：由于刻度盘中心与游标盘中心并不一定重合，真正转过的角度同读出的角度之间会 稍有差别，这个差别叫“ 偏心差” 。
　　 衍 射光 光　角 坐标 标　度 度 30 分 分　 度 度 38　分 分　度 度 53　分 分　 32 分　
【结果分析】　1 ：在进行数据处理时，表盘的刻度清楚与否决定最后的读数准确性 由于是网上实验，所以无法体验实际表盘的误差刻度。
　　2 ：在进行折射率计算时，角度的单位要注意化为统一计算。
　　3 ：在进行分光计初始调整时， 要注意最终旋紧旋钮。
　 【问题讨论】 1. 分光计有那四个主要部件？　答：底座、平行光管、望远镜和读数圆盘；　 2. 分光计正确使用满足的要求是什么？ 答：1 。平行光管发出平行光； 2. 望远镜对平行光聚焦( 即接收平行光) ； 3. 望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。