分光仪的调节和使用

合集下载
相关主题
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
狭缝像
6
否则将破坏分光仪的工作条件,须重新调节。 二.用自准法测量三棱镜的顶角 为确定三棱镜的两个光学面的法线位置,应调整三棱镜的两个光学(AC、AB)面的仰 俯角度,使两个光学面同时与分光仪的中心轴平行。调整方法根据自准原理,用已调整好 的望远镜进行调整。调整方法如下: 1.调节载物台下的三个调节螺丝,使载物台面大致水平。 2.为了便于调节,三棱镜应按图 5.1-12 所示的位置放置在载物台上,使载物台下的 三个调节螺丝的连线与三棱镜的三个侧面垂直。如果调整 AB 面的仰俯角度,则可调节 a2 或 a1(a1 a2 的连线与 AB 面垂直) ;如果调整 AC 面的仰俯角度,则可调节 a3 或 a1(a1 a3 的 连线与 AC 面垂直) 。
会聚透镜 光源
狭缝
图5.1-3 平行光管结构图
平行光管的结构如图 5.1-3 所示,它是由一个宽度和位置均可调节的狭缝和一个会聚 透镜组成。松开“狭缝筒锁紧螺钉” ,可以移动狭缝筒,改变狭缝到会聚透镜之间的距离。 当狭缝位于透镜的焦平面上时,凡是从狭缝进入平行光管的光线,通过透镜射出后都成为 平行光束。 (4)载物台 载物台可绕仪器转轴转动,它是为放置棱镜、光栅等被测光学元件而设置的,台下有 三个调节螺丝,可调节载物台的倾斜度。松开 “游标盘止动螺丝” 、锁紧“载物台锁紧螺 丝” ,载物台可以和游标盘一起绕分光仪的转轴转动。 (5)游标刻度圆盘 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,如图 5.1-4 所示, 中心转轴的中心为 o ,刻度圆盘的中心为 o ,当两中心重合时,由相差1800 的两个角游标 (游标 、游标 )读出的转角刻度值相等 A B A B ;如果 o 与 o 不重合,则两个角 游标读出的转角刻度值不相等 C D C D 。但是,由几何关系可知
A B A B
2
1 C D C D 2
所以在转轴直径位置上设置两个角游标,测量某一转角 时,两个角游标同时测出转过的 角度为 和 ,则
1 ,这样可以消除仪器的偏心差。 2
C
A
B
D
o
o
A C D B
图 5.1-5 图 5.1-4
游标刻度圆盘由度盘和游标盘组成,度盘最小分度值为 30 ,游标盘最小分度值为1 , 读数方法与游标卡尺的读数方法相同(度盘上的刻度值+游标上的刻度值) 。如图 5.1-5 读 0 数为: 92 47 。 2.分光仪的调整 为了准确测量角度,应调整分光仪达到下列状态: (1)望远镜聚集于无穷远,或称适合于观察平行光。 (2)平行光管射出的光是平行光, 即狭缝口的位置正好处于平行光管会聚透镜的焦平 面处。 (3)望远镜和平行光管的主光轴一定要与分光仪中心转轴相互垂直。 二.自准法测量棱镜的顶角 三棱镜是实验室中重要的分光元件,至少有两个透光的光学表面,称为折射面,其夹 角称为三棱镜的顶角。 图 5.1-6 为自准法测量三棱镜顶角的示意图,用已 调整好的分光仪,使望远镜中的亮十字发出的光线垂直 入射于 AB 面,测出 AB 面的法线位置 OM,记录两个角游 标的读数分别为 、 ;然后使光线垂直入射于 AC 面, 测出 AC 面的法线位置 ON, 两个角游标的读数分别为 、 。 由 两 个 角 游 标 分 别 测 得 法 线 夹 角 和 ,则两法线之间的夹角 为
5.1 分光仪的调节和使用
实验目的
1.了解分光仪的结构及各组成部件的作用,掌握分光仪的调节和使用方法; 2.掌握自准法测量棱镜顶角的方法。
仪器用具
分光仪、汞灯、平面反射镜、三棱镜。
实验原理
一.仪器介绍 分光仪是用来测量角度的仪器,常用来测量折射率、光波波长、色散率、观测光谱等。 1.分光仪的结构 分光仪外型如图 5.1-1 所示,它主要由望远镜(自准直望远镜) ,平行光管,载物台, 游标刻度圆盘等几部分组成。 (1)分光仪底座中心处有一沿铅直方向的转轴,称为分光仪的中心转轴。在转轴上套 有游标刻度圆盘(包括度盘和游标盘) ,两个盘可绕中心转轴转动。 (2)自准直望远镜 自准直望远镜的结构如图 5.1-2 所示,它由目镜、分划板和物镜等组成。分划板上刻 有叉丝线(两条水平线、一条垂直线) ,在下方紧贴一块 45°全反射小棱镜,其表面涂有 不透明薄膜,薄膜上刻有一个空心的十字窗口,照明灯光从管侧射入后,可在目镜视场中
(d)平面镜与中心轴平行,望远镜与中心 轴有微小角度,十字像偏低,此时转动载物 台,使镜面转过180°前后两次十字像高度不 变。如果仰角太大,则看不到十字像。
图5.1-10
4.调整平行光管:使平行光管发出平行光、平行光管的光轴与仪器中心轴垂直。用前面已 调好的望远镜(适合于平行光、光轴与仪器中心轴垂直)为标准调节平行光管。 (1)调整平行光管产生平行光。取下载物台上的平面镜。用汞灯照亮狭缝,转动望远 镜,从望远镜中观察来自平行光管的狭缝像,放松“狭缝筒锁紧螺钉” ,移动狭缝筒,改变 狭缝到会聚透镜之间的距离,直到看见清晰的 狭缝像,并与分划板上的叉丝线无视差。此时 狭缝处于透镜的焦平面上(为什么?) ,平行 光管产生平行光。 (2)调整平行光管的光轴与分光仪中心 轴相垂直。 看到清晰的狭缝像后, 转动狭缝 (但 前后不能移动,保持狭缝像清晰)狭缝像呈水 平状态,调节“平行光管光轴倾斜调节螺丝” , (a) (b) 使水平狭缝像与中央叉丝线重合, 如图 5.1-11 图5.1-11 (a)所示,这时平行光管的光轴已与望远镜 的光轴在同一平面内,并与分光仪的中心轴垂直。再把狭缝转至铅直位置,转动望远镜使 狭缝像与垂直叉丝线重合,并需保持狭缝像最清晰而且无视差,如图 5.1-11(b)所示。 至此,分光仪已全部调整好,使用时必须注意分光仪上的各个调节螺丝不能任意转动,
5
(a)望远镜光轴与中心轴垂直,平面镜与 中心轴有微小角度,十字像偏低,如果仰 角太大,则看不到十字像。
(b)望远镜光轴与中心轴垂直,平面镜与 中心轴有微小角度,十字像偏高,如果仰 角太大,则看不到十字像。
(c)平面镜与中心轴平行,望远镜与中心 轴有微小角度,十字像偏高。此时转动载物 台,使镜面转过180°前后两次十字像高度不 变。如果仰角太大,则看不到十字像
h
h/2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(a)
(b) 图5.1-9
(c)
(2)用逐次逼近各半调整法调整望远镜的光轴。先用望远镜找到一个反射十字像,当 十字像与上叉丝线交叉点不重合时(如图 5.1-9(a)所示) ,此时调节“望远镜光轴倾斜 调节螺丝”使十字像与上叉丝线交叉点之间的距离减小二分之一(如图 5.1-9(b)所示) , 再调节载物台下面的水平调节螺丝(a1 或 a2)消除另一半距离,使上叉丝线的交叉点与亮 十字像重合(如图 5.1-9(c)所示) 。再将载物台旋转 180°,使望远镜对准平面镜的另一 面,采用同样的方法调节,如此重复调整,直至转动载物台时,从平面镜前后两个面反射 回来的亮十字像都能与分划板的上叉丝线的交叉点重合为止。这时望远镜的光轴和分光仪 的中心轴相垂直,常称这种方法为逐次逼近各半调整法。 此时望远镜的光轴已调整完毕,不要再动望远镜的光轴调节螺丝。 如果从望远镜中看不到反射的十字像(只看到一面或两个面都看不到) ,应注意(1) 粗调(望远镜筒、载物台面大致水平) , (2)平面镜对准望远镜,左右缓缓转动镜面,注意 观察视场变化,同时需要认真分析,不可盲目乱调。图 5.1-10 列出望远镜光轴与平面镜处 于不同方位时的几种情况,请根据具体情况,确定调节措施。
B
C
o

M

N
A
图5.1-6
则顶角

1 2


(5.1-1)
1800
(5.1-2)
3
实验内容与步骤
一.分光仪的调整 1.目测粗调 目测粗调“望远镜光轴倾斜调节螺丝” 、 “载物台调平螺丝” 、 “平行光管光轴倾斜调节 螺丝”分别使望远镜筒、载物台面、平行光管镜筒均大致处于水平状态,并与仪器中心转 轴基本垂直。 2.用自准法调整望远镜聚焦于无穷远 (1)接通分光仪电源,在目镜视场中可看到分划板上的叉丝线和被照亮的十字窗口, 旋转 “目镜视度调节螺母” ,改变目镜到分划板之间的距离(目镜对分划板调焦) ,直到分 划板上的叉丝线和十字窗口成像清晰为止。
1
可看到叉丝线及十字窗口(如图 5.1-2 目镜视场) 。上叉丝线的交叉点与十字窗口的十字交 叉点以中间的水平叉丝线上下对称。
目镜视场
叉丝线
物镜 分划板
十字窗口
目镜 小棱镜 照明灯泡
图5.1-2 自准直望远镜结构图
松开“目镜筒锁紧螺钉” ,可以移动目镜筒(目镜与分划板) ,改变分划板到物镜之间 的距离。转动“目镜视度调节螺母”可改变目镜到分划板之间的距离。望远镜光轴倾斜调 节螺丝可改变望远镜光轴的倾斜角度。 (3)平行光管
a1 a3 a2
图5.1-8
平面镜
平面镜在载物台上的位置
(2)将平面镜按图 5.1-8 所示放置在载物台上。这样放置的原因是,若要调节平面镜 的仰俯,只需调节载物台下的螺丝 a1 或 a2 即可,而螺丝 a3 的调节只能使镜面发生转动,不 能改变平面镜的仰俯角度。 (3)转动载物台使平面镜与望远镜大致垂直,然后左右缓缓转动载物台,从望远镜中 找到由平面镜反射回来的十字像(由十字窗口中亮十字发出的光经望远镜的物镜射出,然 后再经平面镜反射回望远镜中所成的像) , 如果看到的十字像不清晰,应放松目镜筒锁紧螺 钉,移动目镜筒,改变分划板到物镜之间的距离,直到十字像成像最清晰,并且十字像与 叉丝线无视差(参看附录) 。 如有视差,首先检查叉丝线是否清晰,叉丝线不清晰应反复调节目镜视度调节螺母使 其成像清晰;然后再检查反射回来的十字像是否清晰,十字像不清晰应反复调分划板到物 镜之间的距离使其呈像清晰,直至消除视差。即能看清分划板上的叉丝线,又能看清反射 回来的十字像。此时分划板恰好处在物镜的焦平面上,因此处在分划板上的发光十字通过 物镜发出来的光是平行光,经过平面镜反射仍然是平行光,这束平行光通过物镜将聚焦于 分划板上。在目镜中看到平行光所成的像是清晰的,即望远镜可以观察平行光,或者说望 远镜已聚焦无穷远,这种方法称为自准直法。 如果在目镜视场中看不到反射回来的亮十字像, 应如何调节?此时首先检查粗调情况, 然后应轻缓地转动载物台,眼睛直接沿望远镜外侧面向平面镜内观察,可在平面镜内看到 亮反射十字像(望远镜、平面镜、眼睛三者处在什么样的相对位置时才有可能看到反射回
4
来的十字像?) ,调整眼睛的视线与望远镜筒的方向一致,调节“望远镜倾斜调节螺丝” , 使反射的十字像处在镜面的中心位置上,然后通过目镜观察,在与望远镜筒垂直位置附近 缓缓转动镜面,一般可以看到平面镜反射回来的亮十字像。 3.调整望远镜光轴与分光仪的中心转轴相垂直 平行光管和望远镜的光轴各代表入射光和出射光的方向,为了准确测量角度,必须分 别使它们的光轴与刻度盘平行,刻度盘在制造时已垂直于分光仪的中心转轴,因此,当望 远镜光轴与分光仪的中心轴垂直时,就达到了与刻度盘平行的要求。 平面镜仍竖直置于载物台上,如果望远镜光轴与平面镜镜面垂直,则反射回来的十字 像与分划板中上叉丝线交叉点完全重合,将载物台旋转 180°(平面镜也随之转过 180 °) ,如果十字像与上叉丝线交叉点仍然完全重合,则说明望远镜光轴与分光仪的中心轴垂 直(为什么?) 。一般情况下,开始时它们并不重合,需要耐心细致地调节,具体调节步骤 如下: (1)首先转动载物台使平面镜的一个面对准望远镜, 从望远镜中找到由平面镜反射回 来的十字像,然后再转动载物台使平面镜的另一面对准望远镜,从望远镜中再一次看到由 另一面反射的十字像(此时不用考虑十字像与上叉丝线交叉点是否重合,两个面都能看到 十字像即可) 。
相关文档
最新文档