北航基础物理实验研究性实验报告_分光仪的调整及应用

北京航空航天大学物理研究性实验报告

分光仪的调整及其应用

第一作者：所在院系：就读专业：第二作者：所在院系：就读专业：

目录

目录

一.报告简介 (1)

二.实验原理 (1)

实验一.分光仪的调整 (1)

实验二.三棱镜顶角的测量 (3)

实验三.最小偏向角法测棱镜折射率 (1)

二．实验仪器 (1)

三.实验主要步骤 (2)

实验1.分光仪的调整 (2)

1.调整方法 (2)

2.要求 (4)

实验2.三棱镜顶角的测量 (4)

1.调整要求 (4)

2.实验操作 (5)

实验3.棱镜折射率的测定（最小偏向角法） (6)

四.实验数据记录 (6)

五.数据处理 (7)

实验2.反射法测三棱镜顶角 (7)

实验3.最小偏向角法测棱镜折射率 (7)

六.误差分析 (8)

七.分析总结 (8)

八.实验改进 (9)

九.实验感想 (10)

十.参考文献及图片附件： (11)

一.报告简介

本报告以分光仪的调整、三棱镜顶角和其折射率的测量为主要内容，先介绍了实验的基本原理与过程，而后进行了数据处理与不确定度计算。并以实验数据对误差的来源进行了分析。同时还给出了调节分光仪的经验总结与方法，并对现有实验仪器和试验方法提出了改进的意见。

二.实验原理

实验一.分光仪的调整

分光仪的结构因型号不同各有差别，但基本原理是相同的，一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。

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-载物台锁紧螺钉；8-望远镜；9-望远镜锁紧螺钉；10-阿贝式自准直目镜；11-目镜；12-仰角螺钉；13-望远镜光轴水平螺钉；14-支臂；15-望远镜转角微调螺钉；16-读数刻度盘止动螺钉；17-制动架；18-望远镜止动螺钉；19底座；20-转座；21-

读数刻度盘；22-游标盘；23-立柱；24-游标盘微调螺钉；25-游标盘止动螺钉；26-平行光管光轴水平螺钉；27-仰角螺钉；28-狭缝宽度调节螺钉；

1.三角底座

在三角底座中心，装有一个垂直的固定轴，望远镜、主刻度圆盘、游标刻度盘都可绕它旋转。这一固定轴称为分光仪的主轴。

2.刻度圆盘

圆盘上刻有角度数值的称主刻度盘，在其内侧有一游标盘，在游标盘上相对180°处刻有两个游标。主刻度盘和游标刻度盘都垂直于仪器主轴，并可绕主轴转动。

读数系统由主刻度盘和游标盘组成，沿度盘一周刻有360个大格，每格1°，每大格又分成两小格，所以每小格为 30。刻度盘内侧有一游标盘。主刻度盘可以和望远镜一起转动，游标盘可以和载物台一起转动。游标盘在它的对径方向有两个游标刻度，游标刻度的30个小格对应主刻度盘刻度的 29个小格，所以这一读数系统的准确度为 1。它的读数原理与游标卡尺全相同。游标刻度圆盘与分光仪的中心转轴垂直（分光仪出厂时已调整好）。由于刻度圆盘的中心与中心转轴的中心制作时不能完全重合，因此在读数时会产生偏心差。

3.载物平台

载物台是用来放置平面镜、棱镜等光学元件的，它与游标盘通过螺钉 7相互锁定，拧紧螺丝 7后，载物台可和游标盘一起绕分光计的转轴转动。螺丝 25是游标盘的止动螺钉，拧紧时不能再强制转动游标盘，否则亦会损坏仪器。螺丝 24是游标盘的微调螺丝。当螺丝拧紧后，游标盘不能绕轴转动，用它可以使游标盘绕轴作微小转动。载物台下有三只调节螺丝6。可调节台面的倾斜度。

4.自准直望远镜

自准直望远镜由目镜、全反射棱镜、叉丝分划板及物镜组成。目镜装在A筒中，全反射棱镜和叉丝分划板装在 B筒内，物镜装在 C筒顶部，A 筒通过手轮可在 B筒内前后移动，B 筒可在 C 筒内移动。叉丝分划板上刻有双十字形叉丝和透光小十字刻线，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。如果有一平面镜将这个平行光反射回来，再经物镜，必成像与焦平面上，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，反射像将与上叉丝重合。这种调望远镜使之适于观察平行光的方法称为自准直法，这种望远镜称为自准直望远镜。

5.平行光管

平行光管与底座固连，靠近仪器主轴的一端装有平行光管的物镜，另一端装有可调狭缝套管，前后移动套管，使狭缝处在物镜的焦平面上，于是由狭缝产生的光通过物镜后成平行光。

实验二.三棱镜顶角的测量

反射法测顶角须使入射光经 AB、AC 面反射后能

通过望远镜，而望远镜是绕主轴旋转的，所以

AB 和 AC 面的反射平行光必须经过主轴才能进

入望远镜。只有顶角 A 处于主轴中心 O 附近时

，AB、AC 面的反射光才能进入望远镜，所以测

量顶角时，应尽量将顶角 A 平移靠近主轴中心

处。

测量原理：旋转载物台至三棱镜顶角A对准

平行光管，使部分平光由 AB 面反射；另一部分平行光由AC 面反射。当望远镜在 I 位置观察到AB 面反射的狭缝像，在 II位置观察到 AC面反射的狭缝像时，望远镜转过了角度γ

所以由图得

γ = A + i1 + i2

又因为

A = i1 + i2

故有

A=γ/2

实验三.最小偏向角法测棱镜折射率

将待测的光学玻璃制成三棱镜，可用最小偏向角法测其折射率n．测量原理见图，光线α代表一束单色平行光，以入射角i1投射到棱镜的AB面上，经棱镜两次折射后以i4角从另一面AC射出来，成为光线t.经棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线α和出射光线t延长线的夹角δ来表示，δ称为偏向角．由图1可知δ＝(i1－i2)＋(i4－i3)＝i1＋i4-A.此式表明，对于给定棱镜，其顶角A和折射率n已定，则偏向角随入射角i1而变，δ是i1的函数.用微商计算可以证明，当i1=i4或i2=i3时，即入射光线a和出射光线t 对称地“站在”棱镜两旁时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用δm表示.此时，有i2＝A/2，i1＝(A＋δm)/2，故用分光计测出棱镜的顶角A和最小偏向角δm，可求得棱镜的折射率n。

二．实验仪器

分光仪、平面反射镜、三棱镜、钠灯、电源。