分光计实验体会

实验一分光计的调整测三棱镜折射率
实验时间：2011.3.17 篇二：分光计实验报告() 分光计实验报告
【实验目的】
1、了解分光计的结构和工作原理
2、掌握分光计的调整要求和调整方法，并用它来测量三棱镜的顶角和最小偏向角。

3、
学会用最小偏向角法测棱镜材料折射率
【实验仪器】
分光计，双面平面镜，汞灯光源、读数用放大镜等。

【实验原理】
1、调整分光计： (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、三棱镜最小偏向角原理
介质的折射率可以用很多方法测定，在分光计上用最小偏向角法测定玻璃的折射率，可
以达到较高的精度。

这种方法需要将待测材料磨成一个三棱镜。

如果测液体的折射率，可用
表面平行的玻璃板做一个中间空的三棱镜，充入待测的液体，可用类似的方法进行测量。

当平行的单色光，入射到三棱镜的ab面，经折射后由另一面ac射出，如图7.1.2-8所
示。

入射光线ld和ab面法线的夹角i称为入射角，出射光er和ac面法线的夹角i’称为
出射角，入射光和出射光的夹角δ称为偏向角。

可以证明，当光线对称通过三棱镜，即入射角i0等于出射角i0’时，入射光和出射光
之间的夹角最小，称为最小偏向角δ
min。

由图7.1.2-8可知：
δ=（i-r）+（i’-r’）（6-2）
a=r+r’（6-3）
可得：
δ=（i+i’）-a （6-4）
三棱镜顶角a是固定的，δ随i和i’而变化，此外出射角i’也随入射角i而变化，所
以偏向角δ仅是i的函数．在实验中可观察到，当i变化时，δ有一极小值，称为最小偏向
角．
令
d?di
?0，由式(6-4)得
didi
??1 （6-5）
再利用式（6-3）和折射定律
sini?nsinr, sini?nsinr （6-6）得到
didi
?didr
?
2
drdr
?
22
drdi
?
ncosrcosi
?(?1)?
2
2
cosincosr ??
cosr1?nsincosr1?nsin
22
rr
?
csccsc
22
r?ntgrr?ntgr
2
2 ??
?(1?n)tgr?(1?n)tgr
2
2
2
(6-7)
由式（6-5）可得：?(1?n)tgr? tgr?tgr 22
1?(1?n)tgr
22
因为r和r’都小于90°，所以有r =r’代入式（5）可得i =i。

因此，偏向角δ取
极小值极值的条件为：
r =r’或 i =i （6-8）显然，这时单色光
线对称通过三棱镜，最小偏向角为δ
δ
i?
min=2i –a
min
，这时由式（6-4）可得：
12
(?min?a)
由式（6-3）可得： a=2r r?
a2 由折射定律式（6-6），可得三棱镜对该单色光的折射率n为
sinisinr
sin?
1(?min?a)sin
a2
min，就可以计
n? （6-9）
由式（6-9）可知，只要测出三棱镜顶角a和对该波长的入射光的最小偏向角δ算出三棱
镜玻璃对该波长的入射光的折射率。

顶角a和对该波长的最小偏向角δ
min用分光计测定。

折射率是光波波长的函数，对棱镜来说，随着波长的增大，折射率n则减少，如果是复
色光入射，由于三棱镜的作用，入射光中不同颜色的光射出时将沿不同的方向传播，这就是
棱镜的色散现象。

【实验内容】
1、调节分光计（调整方法见原理部分） 2. 调节三棱镜
使三棱镜光学侧面垂直望远镜光轴，三棱镜光学侧面也是一个光的反射平面。

（1）调整载物台的上下台面大致平行，将棱镜放到平台上，使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返回的十字像，只调节台下三螺钉，使其反射像都落在上十子线处。

3. 测量顶角a：转动游标盘，使棱镜ac正对望远镜记下游标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
一游标两次读数误差
1??1?
?
?
或
?2??2
，即是载物台转过的角度?，而?是ａ角的补角，
ａ＝???. 重复操作两次，记下数据。

4.测量三棱镜的最小偏向角。

（具体原理看实验原理）
（1）平行光管狭缝对准前方水银灯。

（2）把载物台及望远镜转至（1）处，找出水银灯光谱。

（3）转动载物台，使谱线往偏向角减小的方向移动，望远镜跟踪谱线运动，直到谱线开
始逆转为止，固定载物台。

谱线对准分划板。

（4）记下读数?1和?2转至（2），记下读数?1?和?2?，有
?min?
12
?1
?? ??1??2??2 ?min?a
sin
a2
n?
sini1sin
a2
sin?
(5)根据以及所得数据
求出棱镜材料的折射率 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，太窄光通量小。

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，锁紧螺钉也是指锁住即可，不可用力，以免损坏器
件。

【数据处理】
1．顶角的测量及处理：
由于 a=???, 可得: a?59°56′50″. 2．用最小偏向角法测棱镜材料折射率测量次数为一次.
由 a?59°56′50″ ?min?
得：
12
?1
???1??2??2
?=51°19′00″
n?
sini1sin
a2
sin?
?min?a
sin
a2
=1.6520 综上 n=1.6520 【误差分析】
1.本试验的仪器为分光计精确度高，但是读数存在认为因素，会造成微小误差，可由多
次测量减小误差。

2.实验仪器本身存在系统误差，这时可通过选取更精确的仪器来减小误差。

【实验总结】
通过本次实验，对分光计有了一定的了解，掌握了一定的调整技术，对数据的处理更加
熟练，同时完成了物理量的测量与数据处理任务，并求出三棱镜的折射率。

篇三：分光计的
调节和使用实验报告
长安大学----分光计实验报告
7系05级孙明伟 pb05007213 06.4.9.
实验目的：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顶角和最
小偏向角，计算出三棱镜材料的折射率。

实验原理：1）分光计的调节原理。

（此项在实验的步骤中，针对每一步详细说明。

）
2）测折射率原理：
实验要求：调整要求：①平行光管发出平行光。

当i1＝i2时，δ为
最小,此时i1??
a2 ?min
2
?i1?i1??i1?
12
a2 i1?
(?min?a) 设棱镜材料折射率为n，则
sini1?nsini1??nsin
a2 故
n?
sini1sin
a2
sin?
?min?a
sin
2
a2 由此可知，要求得棱镜材料折射率n，必须测出其顶角ａ和最小偏向角?min。

②望远镜对平行光聚焦。

③望远镜，平行光管的光轴垂直一起公共轴。

④调节动作要轻柔，
锁紧螺钉锁住即可。

⑤狭缝宽度1mm左右为宜。

实验器材：分光计，三棱镜，水银灯光源，双面平行面镜。

实验步骤：⒈调整分光计：
（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。

3. 测量顶角a：转动游标盘，使棱镜ac正对望远镜记下游标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
一游标两次读数误差1??1?或2??2?，即是载物台转过的角度?，而?是ａ角的补角，
ａ＝???.
重复操作两次，记下数据。

4.测量三棱镜的最小偏向角。

（1）平行光管狭缝对准前方水银灯。

（2）把载物台及望远镜转至（1）处，找出水银灯光谱。

（3）转动载
物台，使谱线往偏向角减小的方向移动，望远镜跟
踪谱线运动，直到谱线开始逆转为止，固定载物台。

谱线对准分划板。

（4）
记下读数?1和?2转至（2），记下读数?1?和?2?，有
?min?
12
?1
???1??2??2
?
原始数据如下：
1．顶角的测量及处理：
综上观之,显然取?=
12
?1
???1??2??2
?时,其在平均值两侧波动较小,? ?x?x?
i
3
2
取得的?更符合“真值”.且其标准差 ?? ??28″.
i?1
n?1
经带入,解得:
a类不确定度 ua?
?n
?16″.
取置信概率为0.95时,查表得: t=4.30.
因为用刻度盘及游标盘测量角度时,最大允差属于均匀分布, 所以 b类不确定度
ub?1′/3?35″. 且 kp?1.96 由于 a=???, 可得: a?59°56′50″. 所以 ????a? 2．最小偏向角的测量及处理：
测量次数为一次.
?tua?2
?kpub
2
?
1′37″
?min?
12
?1
???1??2??2
?=51°19′00″
b类不确定度 ub 即 ??=35″
1′/3?35″.
所以，根据合成公式 ?sini=0.0003 ?sina=0.0002
1
2
则 ?n=0.0013
a?59°56′50″ ?min? sini1sin
a2
sin?
sin
12
?1
???1??2??2
?=51°19′00″
?min?a
2a2
n?
=1.6520 综上
实验结论：通过两次实验，对分光计有了一定的了解，掌握了一定的调整技术，对数据
的处理更加熟练，同时完成了物理量的测量与数据处理任务，并求出三棱镜的折射率
n=1.6520?0.0013 ，p=0.95 。

n=1.6520?0.0013 p=0.95篇四：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3-7-1 jjy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113o 45′。

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m
1??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3-7-7
3．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。

篇五：分光计的调节与使用实验报告
分光计的调节与使用实验报告
姓名：学号：专业班级：实验时间：
一、试验目的
1、了解分光计的结构，掌握调节分光计的方法；
2、测量三棱镜玻璃的折射率。

二、
实验仪器
分光计，三棱镜，准直镜。

三、实验原理
1.测折射率原理：
当i1＝i2时，δ为最小,此时
??i1
a
2 ?min 2
??i1??i1?i1
a
2
1
(?min?a)2 设棱镜材料折射率为n，则
a
??nsinsini1?nsini1
2
i1?
n?
故
sini1
?asin
2
sin
?min?a
asin
2
由此可知，要求得棱镜材料折射率n，必须测出其顶角ａ和最小偏向角?min。

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。

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）使载物台轴线垂直望远镜光轴。

a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。

b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。

注意）： 1、
望远镜对平行光聚焦。

2、望远镜，平行光管的光轴垂直一起公共轴。

3、调节动作要轻柔，锁
紧螺钉锁住即可。

4、狭缝宽度1mm左右为宜。

2.测量最小偏向角
（1）平行光管狭缝对准前方水银灯。

（2）把载物台及望远镜转至（1）处，找出水银灯光谱。

（3）转动载物台，使谱线往偏向角减小的方向移动，望远镜跟踪谱线运动，直到谱线开
始逆转为止，固定载物台。

谱线对准分划板。

?，有（4）记下读数?1和?2转至（2），记下读数?1?和?2 ?min?
1
?1??1??2??2??2
五、实验数据处理原始数据如下：
数据处理：α=60?±10
2
ns?2?u仪 ??mi?
s??
(?
i
??i)
n?1
1o
u仪=
3
?按不确定度传递原则
1?min1?mincos()sin?sin()cos?nu??u??un n?n2??sin1?min cos()?n?u???u? un????sin?n? sin(?min)
sin22
?1.676; un?(un)??(un)??0.005; un
?100?0.3; (un)r?n 得：
n?n?un?1.676?0.005
六、思考题 1、为什么利用自准法可以将望远镜调至接受平行光和垂直中心轴的正常
工作状态？如何调整？
（1）点亮照明小灯，调节目镜与分划板间的距离，看清分划板上的“准线”和带有绿色
的小十字窗口（目镜对分划板调焦）。

（2）将双面镜放在载物台上如图所示，使双面镜的
两反射面与望远镜大致垂直。

轻缓地转动载物台，从侧面观察，判断从双面镜正、反两面反
射的亮十字光线能否进入望远镜内。

（3）从望远镜的目镜中观察到亮十字像，前后移动目镜对望远镜调焦，使亮十字像成清晰像。

再调准线与目镜间距离，使目镜中既能看清准线，又能看清亮十字像。

注意准线与亮十字像之间有无视差，如有视差，则需反复调节，予以消除。