分光计的调节实验报告.docx
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分光计的调节实验报告
分光计的调节实验报告
篇一：
大学物理实验分光计实验报告分光计法测光栅常数3.7分光计的调节及光栅常数的测定分光计又称光学测角仪，是一种分光测角光学实验仪器。
它常用来测量折射率、色散率、光波波长、光栅常数和观测光谱等。
分光计是一种具有代表性的基本光学仪器，学好分光计的调整和使用，可为今后使用其他精密光学仪器打下良好基础。
3.7.1分光计的调节实验目的了解分光计的结构和基本原理，学习调整和使用方法。
分光计的结构和原理分光计主要由五个部分构成：
底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置。
不同型号分光计的光学原理基本相同。
JJY型分光计如图3-7-1所示。
图3-7-1JJY型分光计1．狭缝装置2．狭缝装置锁紧螺钉3．平行光管4．元件夹5．望远镜6．目镜锁紧螺钉7．阿贝式自准直目镜8．狭缝宽度调节旋钮9．平行光管光轴高低调节螺钉10．平行光管光轴水平调节螺钉11．游标盘止动螺钉12．游标盘微调螺钉13．载物台调平螺钉（3只）14．度盘15．游标盘16．度盘止动螺钉17．底座18．望远镜止动螺钉19．载物台止动螺钉20．望远镜微调螺钉21．望远镜光轴水平调节螺钉22．望远镜光轴高低调节螺钉23．目镜视度调节手轮1．底座分光计底座（17）中心固定有一中心轴，望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转。
2．平行光管平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光。
平行光管由狭缝和透镜组成，如图3-7-2。
狭缝宽度可调（范围0.02~2mm），透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行调节。
当狭缝位于透镜焦平面上时，由狭缝经过透镜出射的光为平行光。
图3-7-2平行光管3．自准直望远镜阿贝式自准直望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起并套装在度盘上。
它用来观察和确定光线行进方向。
自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成（如图3-7-3），三者间距可调。
其中，分划板上刻有“”形叉丝；分划板下方与一块45o全反射小棱镜的直角面相贴，直角面上涂有不透明薄膜，薄膜上划有一个“十”形透光的窗口，当小电珠光从管侧经另一直角面入射到棱镜上，即照亮“十”字窗口。
调节目镜，使目镜视场中出现清晰的“”形叉丝。
在物镜前方放置一平面镜，然后调节物镜，使分划板位于物境焦平”形叉丝和绿色“十”字面上，那么从棱镜“十”字口发出的绿光经物镜后成为平行光射向前方平面境，其反射光又经物镜成像于分划板上。
这时，从目镜中可以看到清晰的“向一致，则绿色“十”字像位于分划板“像。
此时望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了。
如果平面境的法线与望远镜光轴方”形叉丝的上横线上，如图3-7-3中的视场。
图3-7-3阿贝式自准直望远镜的构造1．平面镜2．物镜3．分化板4．小电珠5．小棱镜6．目镜7．目镜视场8．绿十字反射镜4．载物台载物台套装在游标盘上，可以绕中心轴转动，它用来放置光学元件。
载物台的高低、水平状态可调。
5．读数装置读数装置由度盘和游标盘组成。
度盘圆周被分为720份，分度值为30′，30′以下需用游标来读数。
游标盘采用相隔180o的双窗口读数；游标上的30格与度盘上的29格角度相等，故游标的最小分度值为1′，图3-7-4所示的位置应读作113o45′。
图3-7-4角游标的读法采用双游标读数，是为了消除度盘中心与仪器中心轴不重合而引起的偏心差。
测量时记录下两个窗口读数然后取平均值即可。
如图3-7-5所示，当度盘中心O′与分光计中心轴O不重合时，转过角度?
所对应游标数P?
O?
和PQ均不等于OO′重合时转过?
角所对应正?
?
N?
和M?
N（M?
?
N?
?
M?
N），但根据平面几何知识很容易证明：
确读数M1?
?
Q）?
M?
?
N?
?
M?
N，采用双游标可使偏心差得以消除。
（P?
Q?
?
P2图3-7-5偏心差图示实验步骤在进行分光计的调节前，首先应明确对分光计的调节要求：
①望远镜适合观察平行光，或称望远镜聚焦于无穷远；②平行光管能发射平行光；③望远镜和平行光管的光轴均与分光计中心轴正交。
然后对照仪器熟悉结构和各调节螺钉的作用。
一、目测粗调用眼睛直接观察，调节望远镜和平行光管的光轴高低调节螺钉（22和9），使两者的光轴尽量呈水平状态；调节载物台下三只调平螺钉13，使载物台呈水平状态。
粗调完成得好，可以减少后面细调的盲目性，使实验顺利进行。
二、细调1．调节望远镜合适观察平行光
（1）目镜的调焦。
调节目镜视度调节手轮23，使视场中能看到分划板上清晰的“形叉丝像。
（2）接通望远镜灯源，把平面镜按图3-7-6所示位置放在载物台上，缓慢转动载物台，从望远镜中可见一光斑，若找不到说明粗调未调好，这时可用眼睛观察平面镜，找到反射光束，调节载物台和望远镜光轴位置，使望远镜能接收到反射光束，从目镜视场中看到光斑。
”图3-7-6平台镜在载物台上的位置（3）望远镜的调焦。
松开目镜锁紧螺钉6，前后移动目镜筒，当光斑变为清晰的绿“十”字像，并且与分划板“”形叉丝无视差时，望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了。
2．调节望远镜光轴垂直于分光计中心轴转动载物台180o，观察视场中有无绿“十”字像，若没有则应适当调节载物台水平和望远镜光轴的高低，直至任意转动载物台180o均能在望远镜中看到经平面镜正、反两面反射的绿“十”字像。
从前面分光计的调节原理知道，当望远镜光轴垂直于分光计中心轴时，经平面镜正、反两面反射的“十”字像均应重合在分划板“”叉丝的上的横丝上（如图3-7-7所示）。
”形叉丝上横丝距离减在一般情况下，视场中看到两面绿“十”字像并不重合，需要继续仔细配合调节载物台和望远镜。
可先调载物台调平螺钉（a2或a3）使绿“十”字像到“少一半；再调望远镜光轴的俯仰调节螺钉使绿“十”字像与上横丝重合。
然后转动载物台180o，重复上面调节步骤，反复几次即可调好。
此后望远镜光轴高低调节螺钉不可再动。
图3-7-73．调节载物平台法线与分光计中心轴平行将平面镜相对载物台转动90o，然后转动载物台90o，调平台调平螺钉a1使平面镜反射的绿“十”字像与“”形叉丝上横形重合。
4．调节平行光管能发射平行光关闭望远镜灯源，点燃光源使光照亮平行光管狭缝。
用已调好的望远镜对准平行光管观察，松开狭缝装置锁紧螺钉2，前后移动狭缝套筒，使望远镜中看到清晰的狭缝像，并且与叉丝无视差，此时平行光管发出平行光；调节狭缝宽度调节手轮8，从望远镜中观察到缝宽约1mm左右。
5．调节平行光管光轴垂直于分光计中心轴松开狭缝装置锁紧螺钉2，转动狭缝成水平状态，调节平行光管光轴高低调节螺钉9，使望远镜中看到狭缝像的缝宽被分划板中央横丝上下平分（如图3-7-8所示），再转动狭缝90o成竖直状态，狭缝被中央横丝上下平分。
此时，平行光管光轴与分光计中心轴垂直。
在调节过程中应始终保持狭缝像清晰。
篇二：
大物实验报告——分光计的调整与使用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?
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?
L及右向反射线角位置?
R，则由图3.11.10可证?
?
|?
L?
?
R|（3.11.1）12（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，Ⅱ上都要读数，然后取平均值，于是?
?
1?
|?
LI?
?
RI|?
|?
LII?
?
RII|?
（3.11.2）42.自准直法测三棱镜的顶角?
?
如图3.11.11所示，A?
180?
?
?
?
180?
?
|?
LI?
?
RI|?
|?
LII?
?
RII|（3.11.3）23.最小偏向角?
?
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?
?
称为偏向角。
i1为入射角，i1?
为出射角，?
?
为棱镜的顶角。
当i1改变时，?
?
随之改变。
可以证明，当i1＝i1?
时，偏向角?
?
有最小值?
min，此时入射角i1＝（?
min+?
?
）/2，折射角i2＝?
/2，由折射定律nsini2＝sini1，可得三棱镜的折射率为sin?
min?
sin（3.11.4）2因此，对于具有棱柱形的透明物体，只要测出最小偏向角?
min及入射面出射面之间的夹角?
?
，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?
?
为5?
893?
?
）而言。
图3.11.11图3.11.12用分光计可以精确地测得棱镜的?
min和?
，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?
将三棱镜待测顶角?
?
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，数据记录到表3.11.1中，并按公式（3.11.2）计算角度?
。
（a）（b）图3.11.13表3.11.12.自准直法测三棱镜的顶角?
测顶角?
?
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?
。
3.测三棱镜的最小偏向角?
min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。
这时再用望远镜精确地测定这个光线偏折方向发生改变时图3.11.14的临界角度?
，此角度与光线无偏折（无棱镜）时的角位置?
0之差即为棱镜的最小偏向角?
min。
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12?
?
与?
0都要测5次。
数据记录表如表3.11.2所示。
?
min?
|（?
I?
?
0I）?
（?
II?
?
0II）|表3.11.24.测量结果三棱镜的折射率为sin?
min?
sin2式中min?
|（I?
0I）?
（II?
0II）|min思考题121?
[|LI?
RI|?
|LII?
RII|]4
（1）分光束法测?
?
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?
?
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?
，问：
①如何判断望远镜与光学面垂直？
②推导出由转角?
?
计算顶角?
?
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：
、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。
（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?
①，②，③?
都不对。
（7）分光计调整时，调节可用渐近法。
（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。
篇三：
南昌大学物理实验报告分光计的调节与使用学生姓名：
王威学号：
6102114075专业班级：
电子142班试验时间：
16时00分第10周星期三座位号：
36教师编号：
成绩：
分光计的调整及光栅常数的测量一实验目的1了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法。
2观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。
3学会测定光栅的光栅常数.二实验仪器分光计、光栅、低压汞灯电源、平面镜等三实验原理衍射光栅、光栅常数图40-1中a为光栅刻痕（不透明）宽度，b为透明狭缝宽度。
d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。
它是光栅基本参数之一。
图40-1图40-2光栅衍射原理图图40-1中a为光栅刻痕（不透明）宽度，b为透明狭缝宽度。
d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。
它是光栅基本参数之一。
2．光栅方程、光栅光谱由图40-1得到相邻两缝对应点射出的光束的光程差为：
?
?
（a?
b）sin?
?
dsin?
式中光栅狭缝与刻痕宽度之和d=a+b为光栅常数，若在光栅片上每厘米刻有n条刻痕，则光栅常数（a?
b）?
cm。
?
为衍射角。
当衍射角?
满足光栅方程：
dsin?
?
k?
（k=0，±1，±2?
）（40-1）1n学生姓名：
王威学号：
6102114075专业班级：
电子142班试验时间：
16时00分第10周星期三座位号：
36教师编号：
成绩：
时，光会加强。
式中?
为单色光波长，k是明条纹级数。
如果光源中包含几种不同波长的复色光，除零级以外，同一级谱线将有不同的衍射角?
。
因此，在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的谱线，称为光栅光谱。
相同k值谱线组成的光谱为同一级光谱，于是就有一级光谱、二级光谱?
?
之分。
图40-3为低压汞灯的衍射光谱示意图，它每一级光谱中有4条特征谱线：
紫色?
1=435．8nm，图40-3绿色?
2=546．1nm，黄色两条?
3=577．0nm和?
4=579．1nm。
四实验步骤1调节分光计
（1）调整望远镜：
ａ目镜调焦：
清楚的看到分划板刻度线。
ｂ调整望远镜对平行光聚焦：
分划板调到物镜焦平面上。
ｃ调整望远镜光轴垂直主轴：
当镜面与望远镜光轴垂直时，反射象落在上十字线中心，平面镜旋转180°后，另一镜面的反射象仍落在原处。
（2）调整平行光管发出平行光并垂直仪器主轴：
将被照明的狭缝调到平行光管物镜焦面上，物镜将出射平行光。
2.使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴。
（1）调整载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，是镜三边与台下三螺钉的连线所成三边互相垂直。
（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返回的十字象，只调节台下三螺钉，使其反射象都落在上十子线处。
学生姓名：
王威学号：
6102114075专业班级：
电子142班试验时间：
16时00分第10周星期三座位号：
36教师编号：
成绩：
光栅常数与光波波长的测量
（1）以绿色光谱线的波长?
=546．07nm为已知。
测出其第一级（k=1）光谱的衍射角?
。
为了消除分光计的偏心差，应同时读出分光计左、右两游标的读数。
对k=+1时，记下S1、S2；对k=-1时，记下S1′、S2′。
则所测得的?
为：
?
?
S1?
]?
?
[S2?
S1?
S214重复测量4次,计算d值及其不确定度u（d）。
五数据表格与数据记录绿光由公式?
?
1S2?
S1?
S2?
S1分别求出?
，填入表格中。
4由公式dsin?
?
k?
求得学生姓名：
王威学号：
6102114075专业班级：
电子142班试验时间：
16时00分第10周星期三座位号：
36教师编号：
成绩：
?
546.07?
10?
9?
546.07?
10?
9d1?
?
?
660.222nmd2?
?
?
659.983nmsin?
10.8271sin?
20.8274?
546.07?
10?
9d3?
?
?
659.425nmsin?
30.8281?
546.07?
10?
9d4?
?
?
659.382nmsin?
40.8269?
546.07?
10?
9d5?
?
?
659.863nmsin?
50.8263?
546.07?
10?
9d6?
?
?
659.863nmsin?
60.8263d?
d1?
d2?
?
?
?
?
?
d6?
659.790nm6Ud?
?
（d?
d）6?
52?
0.1051nm六小结与讨论
（1）做此实验观察了光栅的衍射光谱，理解了光栅衍射的基本规律，进一步熟悉了分光计的调节与使用，测定了光栅常数。
达到了实验的预期要求。
（2）讨论：
对于同一光源,分别利用光栅分光和棱镜分光有什么不同?
光栅分光：
光波将在每个狭缝处发生衍射，经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉，这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。
光栅在使用面积一定的情况下，狭缝数越多，分辨率越高；对于光栅常数一定的光栅，有效使用面积越大，分辨率越高。
棱镜分光：
棱镜也是分光系统中的一个组成部件，因棱镜色散力随波长不同而变化，所在宽入射角宽波段偏振分光棱镜。
棱镜分辨率随波长变化而变化，在短波部分分辨率较大，即棱镜分光具有“非匀排性”，色谱的光谱为“非匀排光谱”。
这是棱镜分光最大的不足。
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