分光计调整与使用

入射光
光栅
ຫໍສະໝຸດ Baidu
黄 绿
一级明条纹 K= -1
2020/5/5
中央明条纹 K=0 光栅衍射光谱示意图
黄
绿 一级明条纹
K=+1
数据处理
1.计算三棱镜的顶角A（B类不确定度取为1´）， 写出测量结果；
α1 β1 α2 β2 Ø=（α2-α1+β2β1）/2
1 2 3
2020/5/5
2.计算三棱镜对钠光的最小偏向角δmin，写出结果 α1 β1 α2 β2 Ø=（α2-α1+β2-β1）/2
谱线不再沿着原方向移动，而开始向相反方向
移动（偏向角反而变大）。这时把望远镜叉丝
对准这个转折处的谱线，记录角位置φ１的两个
游标读数。然后使望远镜对准入射光（可从棱
镜上方通过）读取入射光角位置读数φ０，则最
小偏向角δ
φ１－φ０｜。
2020/5/5
３．利用光栅测波长
实验原理
令a表示透光狭缝的宽度，b表示不透光部 分的宽度，则光栅常数d=a+b。当光垂直入射 到光栅面上时，透射光在满足式
C
α
A
T1
T2
Ø
自准法测三棱镜顶角的原
理
2020/5/5
•
在调节好望远镜的光轴垂直于仪器的转轴和使
三棱镜的侧面AB和AC均垂直于望远镜的光轴以后 ，即可进行测量。
方法可以是固定刻度盘和望远镜，转动游标盘和载
物台；也可以是固定游标盘和载物台而转动刻度盘
和望远镜。如图所示，当AB反射的亮叉丝与分划
板的上叉丝重合时，在两园游标上读得α1,β1。同 理，当AC面垂直于望远镜时可读得α2,β2。显然：
dsinφ=kλ(k=0, ±1, ±2, …)
的衍射角φ方向上有亮条纹出现。对已知波长 的光波，测出其经光栅衍射后的衍射角，并判 定其级次k后，即可测出所用光栅的光栅常数d， 已知光栅常数d，就可以通过测出待测波长对 应的衍射角φ后，计算出待测波长。
2020/5/5 测量衍射角φ方法请同学们自己拟订。
当入射角达到某一特定值时，偏向角会出现极小
值。可以证明，当出射角和入射角相等时，偏向
角最小，称为最小偏向角。对一定波长的入射光 ，最小偏向角δmin与三棱镜顶角A、材料折射率n 的关系如下:
2020/5/5
•
• 其中n为棱镜的折射率，min为最小偏向角， A为棱镜的顶角。
• 利用分光计测出棱镜的最小偏向角和顶角， 就可以由上面的公式求出棱镜材料的折射率n 。
(3)调节平行光管
a.调节平行光管使其产生平行光
调节平行光管上狭缝宽度，直到在望远镜中看到一条清晰 的狭缝像。
b.调节平行光管光轴垂直于分光计主轴
将狭缝横过来,调节平行光管的仰俯角,
使狭缝与十字分化板中心线重合。
2020/5/5
狭缝像
实验内容
• １．自准法测量三棱镜顶角 .
• 如图所示，只要测量三棱镜两个光学面的法线之 间的夹角，即可求得顶角。
1 2 3
• 3.由三棱镜顶角A和对钠光的最小偏向角δmin计算三 棱镜对钠光（波长589.3nm）的折射率n，写出测量 结果。（表格请同学们自己拟定）
2020/5/5
2020/5/5
2020/5/5
图1 分光仪
分光计主要由三部分：望远镜，平行光管和主体(底座 、度盘和载物台)组成。附件有小灯泡、小灯泡的低压电源 以及看度盘的放大镜。望远镜的目镜叫做阿贝目镜，如图 所示，可以将小灯泡的光引入分划板，当分划板的位置刚 好在望远镜的焦平面上时，从载物台上放置的平面镜上反 射回来的光正好落在分划板上形成一个清晰的十字象。利 用这个原理可以将望远镜调好(出射平行光以及使望远镜的 主轴与仪器主轴垂直)，当望远镜调好后就可以利用望远镜 调节平行光管，此时就可以进行光线的角度的测量了。
分光计的调整与使用
陈维真
中国海洋大学物理实验教学中心
2020/5/5
• 实验介绍
分光计是精确测定光线偏转角的仪器，可以 用于测量材料的折射率、光源的光谱，在光 谱学、材料特性、偏振光的研究、棱镜特性 、光栅特性的研究中都有广泛的应用。
2020/5/5
• 实验目的 • (1) 了解分光计的结构、作用和工作原理；
Ø=（α2-α1+β2-β1）/2
由上图可知：
A=180`-Ø 同学们可以采取其他的方法测三棱镜的顶角。
2020/5/5
２．最小偏向角法测定三棱镜材料的折射率
• 实验原理：
• 如波长为λ 的单色光以入射角i1 入射到三棱镜的
一个光学表面，经棱镜折射后从棱镜的另一个光
学表面出射时会向底边倾斜。入射光和出射光之 间的夹角δ称为偏向角，它与三棱镜材料的折射率 和入射光的波长有关。 棱镜顶角A一定时，偏向 角 δ的大小随入射角的变化而变化。实验表明，
(2) 掌握分光计的调节要求和调节方法. • 实验仪 器
• 分光计，三棱镜，平面反射镜，钠光灯源、光 栅．
2020/5/5
分光计测试原理
分光计有一个360度分划的刻度盘， 它与望远镜紧固在一起，相对于固定的 游标盘作旋转。从望远镜中找到待测角 的两边，根据刻度盘和游标盘的转动角 度，就可以确定角度值，其最高精度可 达1分以上。
2020/5/5
(2)调节望远镜光轴垂直于分光计主轴
在望远镜的视场中看到“十”字反射像后，将载物台转 180度，(转动游标盘而不能直接转动载物台）调节望远镜的 仰俯角或载物台的 垂直 螺钉而不能调水平螺钉， 找到由平面
镜另一面反射的“十”像。采取渐近法，使平面镜两个面的 “十”反射像都与“ ”形叉丝的上交点重合。
2020/5/5
分光计的调整：
1.粗调 调节望远镜、平行光管和载物台下面的螺 钉，使它们都水平。 2.细调 (1)调节望远镜适合于观察平行光 调节望远镜目镜，看清“ ”字形叉丝， 将平面镜放置时是与载物台的两个螺钉联 线垂直而与另一个螺钉重合，如上图所示， 调节望远镜仰俯角，找到从平面镜反射回 来的比较 清晰的亮“十”的像。
2020/5/5
2020/5/5
测试方法
• 转动载物台，使棱镜处于图所示位置，（不要
移动平台上的棱镜）先用眼睛直接找到折射光
的大致方向，再用望远镜观察。当棱镜随着载
物台的转动（即改变入射角ｉ１）偏向角逐渐
减小的时候，应使望远镜跟随一条光谱线转动
。这个过程中会发现偏向角有一个最小值。即
棱镜台转到某一个位置再继续转动，视场里的