西安邮电大学：《大学物理实验》课程教学资源（教案讲义）分光计的调节与使用.docx_大学文库

镜微调螺钉：15一转座与刻度盘止动螺钉：16一望远镜止动螺钉：17一制动架（二）：18一底座：19转座；20—刻度盘；21一游标盘；22一游标盘微调螺钉：23—游标盘止动螺钉：24-平行光管水平调节螺钉：25一平行光管仰角调节螺钉：26一狭缝宽度调节手轮(1)底座一一中心有一竖轴，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)平行光管一一是产生平行光的装置，管的一端装一会聚透镜，另一端是带有狭缝的圆筒，狭缝宽度可以根据需要调节。（3)望远镜一一观测用，由目镜系统和物镜组成，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，三个管彼此可以相互移动，也可以用螺钉固定。参看图2，在中管的分划板下方紧贴一块45°全反射小棱镜，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学窗。（4)载物台一一放平面镜、棱镜等光学元件用。台面下三个螺钉可调节台面的倾斜角度，平台的高度可旋松螺钉(7)升降，调到合适位置再锁紧螺钉。(5)读数圆盘一一是读数装置。由可绕仪器公共轴转动的刻度盘和游标盘组成。度盘上刻有720等分刻线，格值为30分。在游标盘对称方向设有两个角游标。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，这样可消除刻度盘和游标盘的圆心与仪器主轴的轴心不重合所引起的偏心误差。分划板目镜系统物镜分划板0外管中管D内管（图2望远镜结构读数方法与游标卡尺相似，这里读出的是角度。读数时，以角游标零线为准，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之分值。如果游标零线落在半度刻线之外，则读数应加上30″。2.分光计的调整原理和方法调整分光计，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。(1)调整望远镜1)目镜调焦这是为了使眼晴通过目镜能清楚的看到图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

镜微调螺钉；15—转座与刻度盘止动螺钉；16—望远镜止动螺钉；17—制动架(一)；18—底座；19—转座；20—刻度盘；21—游标盘；22—游标盘微调螺钉；23—游标盘止动螺钉；24— 平行光管水平调节螺钉；25—平行光管仰角调节螺钉；26—狭缝宽度调节手轮 (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，管的一端装一会聚透镜，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，由目镜系统和物镜组成，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，三个管彼此可以相互移动，也可以用螺钉固定。参看图 2，在中管的分划板下方紧贴一块 45°全反射小棱镜，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角度，平台的高度可旋松螺钉(7)升降，调到合适位置再锁紧螺钉。 (5)读数圆盘——是读数装置。由可绕仪器公共轴转动的刻度盘和游标盘组成。度盘上刻有 720 等分刻线，格值为 30 分。在游标盘对称方向设有两个角游标。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，这样可消除刻度盘和游标盘的圆心与仪器主轴的轴心不重合所引起的偏心误差。图 2 望远镜结构读数方法与游标卡尺相似，这里读出的是角度。读数时，以角游标零线为准，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之分值。如果游标零线落在半度刻线之外，则读数应加上 30′。 2.分光计的调整原理和方法调整分光计，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。 (1)调整望远镜 1)目镜调焦这是为了使眼睛通过目镜能清楚的看到图 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

镜面反射像一载物台一上十字线一双面平面镜竞光轴-S望远镜十字窗口调节螺钉图3从目镜中看到的分划板图4载物台上三校镜放置的俯视图这是要将分划板调到物镜焦平面上，调整方法是：（a)把目镜照明，将双面平面镜放到载物台上。为了便于调节，平面镜与载物台下三个调节螺钉的相对位置如图4。（b）粗调望远镜光轴与镜面垂直一一用眼晴估测一下，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一一固定望远镜，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，在目镜中应看到一个绿色亮十字随着镜面转动而动，这就是镜面反射像。如果像有些模糊，只要沿轴向移动目镜筒，直到像清晰，再旋紧螺钉，则望远镜已对平行光聚焦。3)调整望远镜光轴垂直仪器主轴当镜面与望远镜光轴垂直时，它的反射像应落在自镜分划板上与下方十字窗对称的上十字线中心，见图3平面镜绕轴转180°后，如果另一镜面的反射像也落在此处，这表明镜面平行仪器主轴。当然，此时与镜面垂直的望远镜光轴也垂直仪器主轴。在调整过程中出现的某些现象是何原因？调整什么?应如何调整，这是要分析清楚的。例如，是调载物台？还是调望远镜？调到什么程度？下面简述之。(a)载物台倾角没调好的表现及调整假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾角没调好，见图5平面镜A面反射光偏上，载物台转180°后，B面反射光偏下，在目镜中看到的现象是A面反射像在B面反射像的上方。显然，调整方法是把B面像（或A面像）向上（向下）调到两像点距离的一半，使镜面A和B的像落在分划板上同一高度。(b)望远镜光轴没调好的表现及调整假设载物台已调好，但望远镜光轴不垂直仪器主轴，见图6在图（a）中，无论平面镜A面还是B面，反射光都偏上，反射像落在分划板上十字线的上方。在图(b)中，镜面反射光都偏下，反射像像落在上十字线的下方。显然，调整方法是只要调整望远镜仰角调切螺钉12)，把像调到上十字线上即可，见图（c)。(c)载物台和望远镜光轴都没调好的表现和调整方法表现是两镜面反射像一上一下。先调载物台螺钉，使两镜面反射像像点等高（但像点没落在上十字线上)，再把像调到上十字线上，见图6(c)

图 3 从目镜中看到的分划板图 4 载物台上三棱镜放置的俯视图这是要将分划板调到物镜焦平面上，调整方法是： (a)把目镜照明，将双面平面镜放到载物台上。为了便于调节，平面镜与载物台下三个调节螺钉的相对位置如图 4。 (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，在目镜中应看到一个绿色亮十字随着镜面转动而动，这就是镜面反射像。如果像有些模糊，只要沿轴向移动目镜筒，直到像清晰，再旋紧螺钉，则望远镜已对平行光聚焦。 3)调整望远镜光轴垂直仪器主轴当镜面与望远镜光轴垂直时，它的反射像应落在目镜分划板上与下方十字窗对称的上十字线中心，见图 3 平面镜绕轴转 180°后，如果另一镜面的反射像也落在此处，这表明镜面平行仪器主轴。当然，此时与镜面垂直的望远镜光轴也垂直仪器主轴。在调整过程中出现的某些现象是何原因?调整什么?应如何调整，这是要分析清楚的。例如，是调载物台?还是调望远镜?调到什么程度?下面简述之。 (a)载物台倾角没调好的表现及调整假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾角没调好，见图 5 平面镜 A 面反射光偏上，载物台转 180°后， B 面反射光偏下，在目镜中看到的现象是 A 面反射像在 B 面反射像的上方。显然，调整方法是把 B 面像(或 A 面像)向上(向下)调到两像点距离的一半，使镜面 A 和 B 的像落在分划板上同一高度。 (b)望远镜光轴没调好的表现及调整假设载物台已调好，但望远镜光轴不垂直仪器主轴，见图 6 在图(a)中，无论平面镜 A 面还是 B 面，反射光都偏上，反射像落在分划板上十字线的上方。在图(b)中，镜面反射光都偏下，反射像像落在上十字线的下方。显然，调整方法是只要调整望远镜仰角调切螺钉(12)，把像调到上十字线上即可，见图(c)。 (c)载物台和望远镜光轴都没调好的表现和调整方法表现是两镜面反射像一上一下。先调载物台螺钉，使两镜面反射像像点等高(但像点没落在上十字线上)，再把像调到上十字线上，见图 6(c)

3.三棱镜顶角的测定（1）待测三棱镜的调整为了测量准确，需调节三棱镜主截面垂直于仪器转轴，将三棱镜放置在载物平台上，使底边垂直于平行光管的光轴，顶角A位于平台的中心（望远镜已调好，不能再调），由平行光管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。（2）用反射法测定三棱镜顶角图8所示为用反射法测量三棱镜顶角，将待测三棱镜置于载物平台上，使三棱镜的顶角对准准直管，由准直管射出的平行光被分成两部分在三棱镜的两个工作面上反射。先转动望远镜，观察平行光经两工作面反射的狭缝像，然后将望远镜转至T1位置，使分划板叉丝中间竖线对准狭缝像的中心，记下望远镜的位置读数和，转动望远镜至T2位置。同样记下望远镜的位置读数和，由图8可证得棱镜顶角A为11+-A=22L重复3次，求出棱镜顶角A的平均值。二、实验步骤1.调整分光计（要求与调整方法见原理部分）2.使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴（1)调载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，使棱镜三边与台下三螺钉的连线成三连互相垂直，见图9。试分析这样放置的好处。望远镜望远镜图9三棱镜在载物台上的正确放法图10测棱镜顶角A2)接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光。转动载物台，在望远镜中观察从侧面AC和AB反射回来的十字像，只调台下三螺钉，使其反射像都落到上十字线处，见图10调节时，切莫动螺钉(12)（为什么？)。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。调好后的棱镜，其位置不能再动。3.测棱镜顶角A对两游标作一适当标记，分别称游标1和游标2，切记勿颠倒。旋紧度盘下螺钉(16)、（17)，望远镜和刻度盘固定不动。转动游标盘，使棱镜AC面正对望远镜，见图10记下游标1的读数θ和游标2的读数，。再转动游标盘，再使AB面正对望远镜，记下游标1的读数'和游标2的读数'。同一游标两次读数之差1-1与1,-|和的四分之一即为顶角A，即11.A=1-20-0+0-02若1,-「或1,-「大于180°，则公式改为

3. 三棱镜顶角的测定（1）待测三棱镜的调整为了测量准确，需调节三棱镜主截面垂直于仪器转轴，将三棱镜放置在载物平台上，使底边垂直于平行光管的光轴，顶角 A 位于平台的中心（望远镜已调好，不能再调），由平行光管射出的平行光束被棱镜的两个折射面分成两部分。（2）用反射法测定三棱镜顶角图 8 所示为用反射法测量三棱镜顶角，将待测三棱镜置于载物平台上，使三棱镜的顶角对准准直管，由准直管射出的平行光被分成两部分在三棱镜的两个工作面上反射。先转动望远镜，观察平行光经两工作面反射的狭缝像，然后将望远镜转至 T1 位置，使分划板叉丝中间竖线对准狭缝像的中心，记下望远镜的位置读数和，转动望远镜至 T2 位置。同样记下望远镜的位置读数和，由图 8 可证得棱镜顶角 A 为 1 1 2 2 1 1 2 2 A =  − + −          重复 3 次，求出棱镜顶角 A 的平均值。二、实验步骤 1.调整分光计(要求与调整方法见原理部分) 2.使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴 (1)调载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，使棱镜三边与台下三螺钉的连线成三连互相垂直，见图 9。试分析这样放置的好处。图 9 三棱镜在载物台上的正确放法图 10 测棱镜顶角 A (2)接通目镜照明光源，遮住从平行光管来的光。转动载物台，在望远镜中观察从侧面 AC 和 AB 反射回来的十字像，只调台下三螺钉，使其反射像都落到上十字线处，见图 10 调节时，切莫动螺钉(12)(为什么?)。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。调好后的棱镜，其位置不能再动。 3.测棱镜顶角 A 对两游标作一适当标记，分别称游标 1 和游标 2，切记勿颠倒。旋紧度盘下螺钉(16)、 (17)，望远镜和刻度盘固定不动。转动游标盘，使棱镜 AC 面正对望远镜，见图 10 记下游标 1 的读数 1 和游标 2 的读数 2 。再转动游标盘，再使 AB 面正对望远镜，记下游标 1 的读数 1  和游标 2 的读数  2  。同一游标两次读数之差｜   1 1 −  ｜与｜   2 2 −  ｜和的四分之一即为顶角 A ，即 1 1 2 2 1 1 2 2 A =  − + −          若｜   1 1 −  ｜或｜   2 2 −  ｜大于 180°，则公式改为

1 1 2 2 1 1 360 2 2 A = − − − −           5.注意事项 (1)转动载物台，都是指转动游标盘带动载物台一起转动。 (2)狭缝宽度 1mm 左右为宜，宽了测量误差大，窄了光通量小。狭缝易损坏，尽量少调，调节时要边看边调，动作要轻，切忌两缝太近。 (3)光学仪器螺钉的调节动作要轻柔，锁紧镙钉也是指锁住即可，不可用力过大，以免损坏器件。四、数据记录及处理测定三棱镜的顶角实验次数 T1 位置 T2 位置 1 1 2 2 1 1 2 2 A =  − + −          1 （左）  2 （右） 1  （左）  2  （右） 1 27 184 20 122 22 304 14 2 8 54 186 19 128 57 306 20 3 9 32 187 40 129 21 307 31 1 2 3 3 A A A A + + = =  = − = A A A0 （A0＝60 度表示三菱镜顶角的理论值） 0 100% % A Er A  =  = 五、实验结果表达及误差分析 1．实验结果    = =    0.1% 60 2 2 Er A  2．误差分析本实验测量结果与三菱镜顶角的理论值相比误差非常小，误差产生的原因主要是由于分光计的载物台及望远镜很难精确同分光计的轴线垂直，这样十字架发光物体经三菱镜光学面反射所成的像很难精确同十字叉丝重合；读数时十字架像的竖线没有同叉丝的竖线精确重合。六、思考题 ① 分光计由哪几个主要部件组成？各部分的作用是什么？分光计的调节要求是什么? 答：分光计主要由 5 个部分组成，即底座、望远镜、载物台、准直管（平行光管）和读数盘。底座：底座是分光计的基座，承载着其他四个部分，其中载物台、望远镜和刻度盘都可绕底座上的主轴转动；平行光管：用来产生平行光；望远镜：用来接受平行光；载物台：用来放置被测样品；刻度盘：用来读取数据。分光计的调节要求是：望远镜聚焦于无穷远，准直管发出平行光，准直管与望远镜同轴并与分光计转轴正交