研究性实验报告

研究性#实验# 分光仪的调整及其应用 分光仪是分光测角仪的简称，它能精确地测量平行光线的偏转角度。借助它并利用反射、折射、衍射等物理现象，可完成全偏振角、晶体折射率、光波波长等物理量的测量，其用途十分广泛。近代摄谱仪、单色仪等紧密光学仪器也都是在分光仪的基础上发展而成的。 一、 实验原理 1、 分光仪的结构 分光仪的结构因型号而异，但大同小异，本实验以JJY型分光仪为实验仪器。仪器 由底座、刻度读数盘、只准直望远镜、平行光管、载物台五部分组成。 图1,1 分光计结构示意图 1.狭缝套筒; 2. 狭缝套筒紧固螺钉; 3.平行光管; 4.制动架; 5.载物台; 6.载物台调平螺钉;7.载物台与游标盘联结螺钉; 8.望远镜; 9. 望远镜紧固螺钉; 10.阿贝式自准直目镜; 11.目镜视度调节手轮; 12.望远镜光轴仰角调节螺钉; 13.望远镜光轴水平调节螺钉; 14.支臂; 15.望远镜微调螺钉; 16. 望远镜与度盘联结螺钉; 17.制动架; 18.望远镜固紧螺钉; 19.底座; 20.转座; 23.立柱; 21.读数刻度盘; 22.游标盘; 24.游标盘微调螺钉; 25.游标盘固紧螺钉; 26. 平行光管光轴水平调节螺钉; 27. 平行光管光轴仰角螺钉 28.狭缝宽度调节螺钉 (1) 自准直望远镜 自准直望远镜的结构如图1-1-1所示。它由目镜、全反射棱镜、叉丝分划板及物镜组成。 叉丝分划板上刻有双十字形叉丝和透光的小十字刻线，并且上叉丝与小十字刻线对称于中心叉丝，全反射棱镜紧贴其上。开启光源S时，光线经全反射棱镜照亮小十字刻线。当小十字刻线平面处在物镜的焦平面上时，从刻线发出的光线经物镜成平行光。如果有一平面镜讲这一平行光反射回来，再经物镜，必成像于焦平面上，于是从目镜中可以同时看到叉丝和小十字刻线的反射像，并且无视差。如果望远镜光轴垂直于平面反射镜，反射镜将与上叉 丝重合。这种调望远镜使之适用于调平行光的方法称为自准直法，这种望远镜自准直望远镜。 图1-1-1 望远镜可绕分光计中心轴转动，它的倾斜度也可通过螺丝进行调节，而望远镜固定螺丝则起着把望远镜倾斜度固定的作用。 (2) 平行光管 平行光管是仪器中产生平行光的机构。它有一个可改变缝宽的狭缝及一个会聚透镜所组成。狭缝至透镜的距离可调节。当用光源照明狭缝时，若狭缝刚好位于透镜焦平面处，则平行光管将发出平行光。平行光管与分光计底座固定在一起，它的倾斜度可以通过调整螺丝进行调节。而平行光管固定螺丝则起着把平行光管倾斜度固定的作用(见图1-1-1)。为了得到较精密的调整，望远镜和平行光管均装有微调机构，只要拧紧望远镜(或平行光管)的锁紧螺丝后，再转动其微调螺丝(见图1-1-1)，则望远镜(或平行光管)就能转动微小角度。 (3) 载物平台 载物小平台可放光学元件，如三棱镜、光栅等。有三只调节螺钉a、b和c可改变小平台倾斜度，见图1-1-3。载物台也有锁紧螺丝固定位置。 图1-1-2 (4) 刻度圆盘 圆盘上刻有角度数值的称为主刻度盘，再其内侧有一游标盘，再游标盘上相对180?处刻有两个游标。主刻度盘和都垂直于仪器主轴，并可绕主轴转动。 望远镜和载物台分别与主刻度盘和游标刻度盘相连，它们的相对转动角度可从读数窗中读出，从A，B两个读数窗可分别读得望远镜转过的角度，然后取平均值，这样可消除中心轴可能存在的偏心。 ,1,本实验室中分光计角游标的最小分度为(主刻度盘上每小格为，角游标30分格30 的弧长与刻度盘29分格的弧长相等)，它的读数原理与游标卡尺完全相同。 (5) 三角底座 在三角底座中心，装有一垂直的固定轴，望远镜、主刻度圆盘、游标刻度圆盘都可绕它旋转，这一固定轴称为分光仪主轴。 2、 分光仪的调节原理及方法 实验一 分光仪的调整 分光仪常用于测量入射光与出射光之间的角度，为了能够准确测量此角度，必须满足两个条件:(1)、入射光与出射光(如反射光、折射光等)均为平行光;(2)、入射光与出射光都与刻度盘平面平行。为此须对分光仪进行调整:使平行光管发出平行光，使光轴垂直于仪器主轴(即平行于刻度盘表面);使望远镜接受平行光，使望远镜垂直于仪器主轴;须调整载物平台，使其上旋转的分光元件的光学平面平行于仪器主轴。下面介绍调整方法。 1) 粗调 调节水平调节螺钉，使望远镜居支架中央，并目测调节望远镜俯仰螺钉，使光轴大致大致与主轴垂直，调节载物平台下方3只螺钉外伸部分等长，使平台平面大致与主轴垂直。 2) 调整望远镜 ?望远镜调焦于无穷远 调节要求:根据自准直原则，当叉丝位于物镜焦平面时，叉丝与小十字刻线的反射像共面，即绿十字与叉丝无视差，此时望远镜只接收平行光，或称望远镜调焦于无穷远。 调节方法:开启内藏照明灯，照明透光小十字刻线。调节目镜，改变目镜与叉丝分划板之间的距离，直至看清分划板上的双十字形叉丝。旋转载物平台，使通过目镜看到一个绿色十字，若不能观察到则重复粗调之后的步骤。前后伸缩叉丝分划板套筒，改变叉丝与物镜之间的距离，直到在目镜中清晰无视差地看到一个明亮的绿色小十字(透光小十字刻线的像)为止。 ?调整望远镜光轴与仪器主轴垂直 调节原理:由光路原理可知，当望远镜光轴垂直于平面镜时，反射像绿十字与上叉丝重合。若同时有平面镜镜面平行于仪器主轴，则平面镜反转180?后，仍有望远镜光轴与平面镜垂直，绿十字仍与上叉丝重合。如图1-2-1(a)所示，若平面镜与主轴平行，但望远镜不与主轴垂直，则，望远镜不能看到绿色十字;如(b)、(c)所示，若望远镜与主轴垂直，但平面镜不平行于主轴，则平面镜旋转180?后，望远镜亦不能观察到绿十字。若平面镜不平行于主轴，望远镜亦不垂直于主轴，但二者相互垂直，则望远镜能观察到绿十字，然而，平面镜旋转180?后，望远镜将不再垂直于平面镜，不能观察到绿十字。 (a) (b) (c) 图 1-2-1 ?调整叉丝分划板的纵丝与主轴平行 分划板上的叉丝与纵丝是相互垂直的。当纵丝与主轴不平行时，绕主轴转动望远镜，在望远镜视场中，会看到绿色小十字的运动轨迹与上叉丝相交。只要微微转动镜筒，达到绿色小十字的运动轨迹与上叉丝重合，即可。 3) 平行光管的调整 ? 使平行光管产生平行光 将望远镜对准平行光管，拧动狭缝宽度调节手轮，打开狭缝，松开狭缝套筒锁 紧螺钉，前后移动狭缝套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中无时差地看到边缘清 晰的狭缝像时，即被光所照明的狭缝刚好位于透镜的焦平面上时，平行光管射出平行 光。 ? 调平行光管光轴与仪器主轴垂直 旋转望远镜至观察到狭缝像，调整平行光管俯仰调节螺钉，使狭缝像的中点与 中心叉丝重合;或将，狭缝横放，调整平行光管俯仰调节螺钉至狭缝的固定边与中心 叉丝重合。此时，望远镜已垂直主轴，若平行光管与其共轴，则平行光管光轴同样垂 直主轴。 实验二 三棱镜顶角的测量 1) 三棱镜的调整 要求:望远镜分别对准AB面和AC面时均有绿十字与上叉丝重合。 2) 三棱镜顶角的测量原理(反射法) 两光学平面之间的夹角称为二面角。三棱镜、直角棱镜中相邻两个光学平面之间的夹角称为棱角(或称二面角)。 用一束平行光入射到三棱镜的棱角，如图1-2-2所示，光线(1)经AB面反射，光线(2)经AC面反射，二反射光线的夹角为A。 图 1-2-2 二、 实验仪器 分光仪、平面反射镜、三棱镜、钠灯及电源。 三、 主要步骤 1、 分光仪的调整 按实验原理中分光仪的调节原理及方法进行。 要求: ? 平面镜反射回来的绿色十字与叉丝无视差; ? 平面镜正、反两面反射回来的绿色十字均与上叉丝重合，且转动平台过程中绿 色十字沿上叉丝移动; ? 狭缝像与叉丝无视差，且其中点与中心叉丝等高。 2、 三棱镜顶角的测量 ? 调整三棱镜 ? 用反射法测三棱镜顶角 在读取数据时，先在左右两个游标上各读出数据，