分光计实验一、实验简介分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。光学中的许多基本量如波长，折射率等都可以直接或间接的表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波长、折射率，此外还能精确的测量光学平面间的夹角。许多光学仪器（棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等）的基本结构也是以它为基础的，所以分光计是光学实验中的基本仪器之一。使用分光计时必须经过一系列的精细的调整才能得到准确的结果，他的调整技术是光学实验中的基本技术之一，必须正确掌握。本实验的目的就在于着重训练分光计的调整技术和技巧，并用它来测量三棱镜的最小偏向角（入射光波长一低压汞灯在可见光区的谱线577nm，579nm，546.1nm,404.7nm)。二、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成。外形如图1所示。2524232221181419、20151617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——制动架（二）：5——载物台：6—一载物台调节螺钉（3只）：7一载物台锁紧螺钉：8-
分光计实验 一、 实验简介 分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。光学中的许多基本量如 波长，折射率等都可以直接或间接的表现为光线的偏转角，因而利用它可测量波 长、折射率，此外还能精确的测量光学平面间的夹角。许多光学仪器（棱镜光谱 仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等）的基本结构也是以它为基础的，所以 分光计是光学实验中的基本仪器之一。使用分光计时必须经过一系列的精细的调 整才能得到准确的结果，他的调整技术是光学实验中的基本技术之一，必须正确 掌握。本实验的目的就在于着重训练分光计的调整技术和技巧，并用它来测量三 棱镜的最小偏向角（入射光波长—低压汞灯在可见光区的谱线 577nm，579nm， 546.1nm，404.7nm）。 二、 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成。外 形如图 1 所示。 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（—）：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——狭缝宽度调节手轮分划板 日镜系统分划板物镜T外管中管-一小灯图2望远镜结构（1）底座一中心有一竖轴，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，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度。（5）读数圆盘一一是读数装置。由可绕仪器公共主轴转动的刻度盘和游标盘组成。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调整分光计，最后要达到下列要求：
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 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，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 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，平面镜与载物台下三个调节螺钉的相对位置如图4。镜面反射像载物台网上十字线双面平面镜光轴望远镜调节螺钉十字窗口图3从目镜中看到的分划板图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，只要沿着轴向移动中管，直到像清晰，再旋紧中管螺钉，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
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 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，平面镜 与载物台下三个调节螺钉的相对位置如图 4。 图 3 从目镜中看到的分划板 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 动中管，直到像清晰，再旋紧中管螺钉，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
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，这是要分析清楚地。例如，是调载物台？还是调望远镜？调到什么程度？下面简述之。BIAA镜面像偏上(a)自H望远镜OB+转180°后B镜面像信下(b)2一A、B镜面像都落在上十字线上(c)11图5载物台倾角没调好的表现及调整原理（a）载物台倾斜角没有调好的表现及调整假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾斜角没有调好，见图5。平面镜A面反射光偏上，载物台转动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其调整。假设载物台已调平，但望远镜光轴不垂直于仪器主轴，见图6。在图（a）中，无论平面镜A面还是B面，反射光都偏上，反射像都落在分划板上十字线上方。在图（b）中，镜面反射光都偏下，反射像都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节螺丝，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节好的表现及调节方法。表现是两镜面反射像一上一下。先调节载物台螺钉，使两镜面反射像像点等高（但没有落在上十字线上），再把像调到上十字线上，见图6（c）
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 析清楚地。例如，是调载物台？还是调望远镜？调到什么程度？下面简述之。 图 5 载物台倾角没调好的表现及调整原理 （a） 载物台倾斜角没有调好的表现及调整 假设望远镜光轴已垂直仪器主轴，但载物台倾斜角没有调好，见图 5。平面 镜 A 面反射光偏上，载物台转动 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其调整。 假设载物台已调平，但望远镜光轴不垂直于仪器主轴，见图 6。在图（a）中， 无论平面镜 A 面还是 B 面，反射光都偏上，反射像都落在分划板上十字线上方。 在图（b）中，镜面反射光都偏下，反射像都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节螺丝，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节好的表现及调节方法。 表现是两镜面反射像一上一下。先调节载物台螺钉，使两镜面反射像像点等高（但 没有落在上十字线上），再把像调到上十字线上，见图 6（c）
a镜面A、B的反射像都偏上望远镜镜面A、B的反射像都偏下(b)镜面A、B的像都落在上十字线上(c)图6望远镜光轴没调好的表现及调整原理（2）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。再将狭缝调成竖直，锁紧螺钉，见图7（b）。(b)(a)B.图7平行光管光轴与望远镜光轴共线图8三棱镜最小偏向角原理图3．用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率
图 6 望远镜光轴没调好的表现及调整原理 （2） 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。 再将狭缝调成竖直，锁紧螺钉，见图 7（b）。 图 7 平行光管光轴与望远镜光轴共线 图 8 三棱镜最小偏向角原理图 3．用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率