实验分光计的调节和使用第一部分：分光计的调节一、实验目的：望远镜平行光管载1、了解分光计的构造和自镜简紧盘狭缝筒紧园物手基本原理。台狭缝目镜二、实验仪器：L物台调平物台紧固1、分光计，2、汞灯，3、倾斜物台游标间紧用挥螺灯平面反射镜。包度盘丝三、装置简介：F统元铺聚固水平分光计是正确测基座大定光线偏转角的仪器，三棱镜不少物理量如折射率、平面镜图1波长的测定都要用到它。分光计有各种类型，其结构也有不同，但它总是由三足底座，平行光管，载物台，望远镜和读数装置等所组成。如图1为JJY型分光计的结构图。分光计在使用前一定要经过仔细的调整，使其处于正常工作状态：①望远镜能接收平行光②平行光管能发出平行光③望远镜和平行光管共光轴，且均与分光计的中心轴（载物平台的法线）相垂直。只有这样才能使入射光和出射光的平面与刻度盘载物台相平行，而使分光计刻度盘上的读数正确反映出光线的偏转角。因此正确地调整分光计，对减少测量误差，提高测量的准确度是十分重要的。而分光计的调整方法对一般光学仪器的调整也有一定的通用性。分光计的读数装置是用来测量角度的，量程为360°，JJY型分光计的分度值为1。分光计的刻度盘垂直于分光计主轴且可绕主轴转动。为消除刻度盘的偏心差，采用两个相差180°的窗口读数。刻度盘的分度值为0.5度，0.5度以下则需用游标来读数。游标上的30格与刻度盘上的29格相等，故游标的最小分度值为1分。读数时应先看游10n标零刻线所指的位置，例如，图2所示情形为334°30°稍350335345340多一点，而游标上的第17格恰好与刻度盘上的某一刻度对齐，因此该读数为334°30°+17=334°47。图2四、调整分光计调节前，应先对照分光计的结构图和实物，熟悉分光计各部分的具体结构及作用。调节时，掌握分光计状态调节要领，熟悉调节步骤，要先粗调后细调。1、分光计状态调节要领：10
10 实验 分光计的调节和使用 第一部分：分光计的调节 一、实验目的： 1、了解分光计的构造和 基本原理。 二、实验仪器： 1、分光计，2、汞灯，3、 平面反射镜。 三、装置简介： 分光计是正确测 定光线偏转角的仪器， 不少物理量如折射率、 波长的测定都要用到它。 分光计有各种类型，其结构也有不同，但它总是由三足底座，平行光管，载物台，望远镜和读数 装置等所组成。如图1为JJY型分光计的结构图。分光计在使用前一定要经过仔细的调整，使其处 于正常工作状态：① 望远镜能接收平行光；② 平行光管能发出平行光；③ 望远镜和平行光管 共光轴，且均与分光计的中心轴（载物平台的法线）相垂直。只有这样才能使入射光和出射光的 平面与刻度盘载物台相平行，而使分光计刻度盘上的读数正确反映出光线的偏转角。因此正确地 调整分光计，对减少测量误差，提高测量的准确度是十分重要的。而分光计的调整方法对一般光 学仪器的调整也有一定的通用性。 分光计的读数装置是用来测量角度的，量程为 360 ，JJY型分光计的分度值为 1 。分光计 的刻度盘垂直于分光计主轴且可绕主轴转动。为消除刻度盘的偏心差，采用两个相差 180 的窗 口读数。刻度盘的分度值为0.5度，0.5度以下则需用游标来读数。游标上的30格与刻度盘上的29 格相等，故游标的最小分度值为1分。读数时应先看游 标零刻线所指的位置，例如，图2所示情形为 334 30 稍 多一点，而游标上的第17格恰好与刻度盘上的某一刻度 对齐，因此该读数为 334 30 + 17 = 334 47 。 四、调整分光计 调节前，应先对照分光计的结构图和实物，熟悉分光计各部分的具体结构及作用。调节时， 掌握分光计状态调节要领，熟悉调节步骤，要先粗调后细调。 1、分光计状态调节要领： 图 2
·载物台水平，载物台法线铅垂直并与分光计转轴共轴。望远镜光轴垂直于系统转轴，望远镜接受平行光?田。平行光管出射平行光，平行光管光轴与望远镜光轴共轴。绿光区黑+字图32、粗调（凭眼睛观察判断）2.1、点燃汞灯（钠灯），接通分光计照明光源，在望远镜目镜中看到绿光，调试目镜，使“十”叉丝（准线）清晰，如图3所示。2.2、目测调节载物台水平（调节载物台下方三个螺钉），望庄压远镜光轴和平行光管光轴水平（调节望远镜光轴倾斜图4调节螺丝，平行光管光轴倾斜调节螺丝）。使望远镜、平行光管和载物台大致垂直于仪器的主轴。2.3、将平面反射镜置于载物台中央（将载物台上三条120°等分线与载物台下三个调节螺丝对齐，再将双面反射镜按图5（a）所示的位置放置在载物台上），转动内盘（游(a)(b)标盘），在目镜中寻找平面镜的反射“十”字像，仔细图5调节目镜，使绿“十”字像清晰，并与“十”叉丝（分划板）无视差，T锁紧目镜紧固螺丝如图4所示。这一步粗调是细调的基础，必须反复、[+]细心地调节到最好状态。图63、细调（必须在完成粗调后进行）3.1、松开物台游标紧固旋钮，以目镜中的反射“十”字像为观察目标，仔细调节载物台下方的螺钉，转动内盘（游标盘），采用各半调节法，在目镜中?观察，逐步将平面镜前后表面反射的“十”字调至重合（沿目镜中的分划图7板铅垂准线），如图6所示。3.2、调节望远镜光轴倾斜调节螺丝，将重合的“十”字像调至“十”叉丝的上交叉点位，如图7所示。?田3.3、变换平面镜摆放位置，重复上述步骤，将重合的“十”字图8像调至“十”叉丝的上交叉点位。3.4、将分光计平行光管对准光源，转动望远镜对准平行光管狭缝，仔细调节平行光管套筒，直至在望远镜中能看到清晰的狭缝像，且无视差（注意：此时望远镜不能再调焦）如图+?+8所示，最后仔细左右转动望远镜，使目镜中的竖直叉丝对准平行光管狭缝。图 911
11 载物台水平，载物台法线铅垂直并与分光计转轴共轴。 望远镜光轴垂直于系统转轴，望远镜接受平行光。 平行光管出射平行光，平行光管光轴与望远镜光轴共轴。 2、粗调（凭眼睛观察判断） 2.1、点燃汞灯（钠灯），接通分光计照明光源，在望远镜目镜中看到绿光，调试目镜，使“╪” 叉丝（准线）清晰，如图3所示。 2.2、目测调节载物台水平（调节载物台下方三个螺钉）, 望 远镜光轴和平行光管光轴水平（调节望远镜光轴倾斜 调节螺丝，平行光管光轴倾斜调节螺丝）。使望远镜、 平行光管和载物台大致垂直于仪器的主轴。 2.3、将平面反射镜置于载物台中央（将载物台上三条 120 等 分线与载物台下三个调节螺丝对齐，再将双面反射镜按 图5（a）所示的位置放置在载物台上），转动内盘（游 标盘），在目镜中寻找平面镜的反射“十”字像，仔细 调节目镜，使绿“十”字像清晰，并与“╪”叉丝（分划板）无视差， 锁紧目镜紧固螺丝如图4所示。这一步粗调是细调的基础，必须反复、 细心地调节到最好状态。 3、细调（必须在完成粗调后进行） 3.1、松开物台游标紧固旋钮，以目镜中的反射“十”字像为观察目标，仔细调 节载物台下方的螺钉，转动内盘（游标盘），采用各半调节法，在目镜中 观察，逐步将平面镜前后表面反射的“十”字调至重合（沿目镜中的分划 板铅垂准线），如图 6 所示。 3.2、调节望远镜光轴倾斜调节螺丝，将重合的“十”字像调至 “╪”叉丝的上交叉点位，如图 7 所示。 3.3、变换平面镜摆放位置，重复上述步骤，将重合的“十”字 像调至“╪”叉丝的上交叉点位。 3.4、将分光计平行光管对准光源，转动望远镜对准平行光管狭缝，仔细调节平行光管套筒， 直至在望远镜中能看到清晰的狭缝像，且无 视差（注意：此时望远镜不能再调焦）如图 8所示，最后仔细左右转动望远镜，使目镜 中的竖直叉丝对准平行光管狭缝。 图 3 图 5 图 6 图 4 图 7 图 8 图 9
3.5、缓慢转动夹缝头使夹缝像呈现水平状，如图9所示，在目镜中观察，调节平行光管光轴倾斜调节螺丝，使狭缝像与中央水平准线重合。最后再缓慢转动夹缝头使夹缝像呈现竖直状，水平调节望远镜光轴，使目镜中的狭缝像与“十”叉丝铅垂准线重合，锁紧平行光管紧固螺丝。3.6、当我们在望远镜目镜中可看到：“十”字像和“十”叉丝清晰，重合的“十”字像位于“十”叉丝的上交叉点位，狭缝像清晰并且狭缝像与“十”叉丝铅垂准线重合，分光计状态调整完毕。第二部分三棱镜顶角的测量一、实验目的：1.学习使用分光计。二、实验仪器：1、分光计，2、汞灯，3、三棱镜。三、实验步骤：+图11图103.1、将三棱镜放在已调好的分光计的载物台上，正确的放置方法如图10所示。3.2、调节三棱镜的主截面垂直于转轴。先将望远镜对准AB面调节螺丝b或c，使AB面垂直于望远镜的光轴，从望远镜目镜中可观察到如图11所示的图像。然后再将望远镜转向AC面，调节螺丝a，使AB面上望远镜的光轴垂直。两个面来回反复调节，逐次接近最终使AB面和AC面都能与望远镜光轴垂直。3.3、用自准直望远镜的自准直测量原理，测棱镜的顶角α。方法是：如图12分别记下自准直望远镜光轴垂直于AB面和AC面的读数，二读数之差是二法线的夹角β，则棱角α=180°-β。仔细调节测量，图12重复五次，列表记录测量数据。附：测量数据记录表：12
12 3.5、缓慢转动夹缝头使夹缝像呈现水平状，如图9所示，在目镜中观察，调节平行光管光轴 倾斜调节螺丝，使狭缝像与中央水平准线重合。最后再缓慢转动夹缝头使夹缝像呈现 竖直状，水平调节望远镜光轴，使目镜中的狭缝像与“╪”叉丝铅垂准线重合，锁紧 平行光管紧固螺丝。 3.6、当我们在望远镜目镜中可看到：“十”字像和“╪”叉丝清晰，重合的“十”字像位 于“╪”叉丝的上交叉点位，狭缝像清晰并且狭缝像与“╪”叉丝铅垂准线重合，分 光计状态调整完毕。 第二部分 三棱镜顶角的测量 一、实验目的： 1. 学习使用分光计。 二、实验仪器： 1、分光计，2、汞灯，3、三棱镜。 三、实验步骤： 3.1、将三棱镜放在已调好的分光计的载物台上，正确的放置方法如图10所示。 3.2、 调节三棱镜的主截面垂直于转轴。先将望远镜对准AB面调节螺丝b或c，使AB面垂直于望远 镜的光轴，从望远镜目镜中可观察到如图11所示的图像。然后再将望远镜转向AC面，调节 螺丝a，使AB面上望远镜的光轴垂直。两个面来回反复调节，逐次接近最终使AB面和AC面 都能与望远镜光轴垂直。 3.3、用自准直望远镜的自准直测量原理，测棱镜的顶角 。 方法是：如图12分别记下自准直望远镜光轴垂直于AB面和AC面的读数， 二读数之差是二法线的夹角 ，则棱角 180 o 。仔细调节测量， 重复五次，列表记录测量数据。 附：测量数据记录表： 图 10 图 11 图 12
AB面读数AC面读数“2”窗Φ“2”窗Φ2“1”窗Φ“1”窗Φ”测量次数12341OB= (1-9.) +(o, -g2) ,12α=180°-β=五、思考题：1、平面反射镜能否不按图5所示的位置放置在分光计载物台上，为什么？13
13 AB面 读数 AC面 读数 测量次数 “1”窗 1 “2”窗 2 “1”窗 1 ’ “2”窗 2 ’ 1 2 3 4 5 o 180 2 ( ) ( ) 1 1 2 2 五、思考题： 1、平面反射镜能否不按图5所示的位置放置在分光计载物台上，为什么？
实验用迈克尔逊干涉仪测量钠光D双线的波长差一、实验目的：1、测量钠光D双线的波长差；2、观察白光干涉条纹：3、测量白光的相干长度（选做）。二、实验原理：如前述的原理，当Mi与M2互相平行时，得到明暗相间的圆形干涉条纹。如果光源是绝对单色的，则当M镜缓慢移动时，虽然视场中心条纹不断涌出或陷入，但条纹的衬度不变，所谓条纹的衬度是指条纹的清晰程度，通常定义为：V= Imx -/mImax + Imin式中Imax和Imin分别为亮纹的光强和暗纹的光强。如果光源中包含有波长相近的两种光波入1和入2，则可遇到这样情况：两列光波（1）和（2）的光程差恰好为入1的整数倍，而同时又为入2的半整数倍，亦即：A=K,4=k2+)这时，入1光波成亮环的地方，恰好是光波入2被生成暗环的地方。如果这两列光波强度相等，则由定义，在这些地方条纹的衬度为零。从某一衬度为到相邻的下一次衬度为零，即如果第一次衬度为零时，入1为亮环，那么第二次它即为暗条纹，也就是光程差的变化△L对入1是半个波长的奇数倍，同时对入2也是半个波长的奇数倍，又因这两个奇数是相邻的，故得：N=(k+2)AL=k2-2~式中K为奇数，由此得：于是：M=(1)对于视场中心来说，设M1镜在相继两次衬度为零时移动△L应等于2△d，R所以：AM=.(2) 24d只要知道两波长的平均值入和Mi镜移动的距离△d，就可以求出两者的波长差△入，根据这原理，可以用实验测量钠光D双线的波长差。光的时间相干性：时间相干性是光源相干长度的另一种描述，为简单起见，以入射角i=0作为例子（以前讲义图2为例）讨论，这时光束（1）和（2）的光程差△=2d，当d增加到某一数值d’后，原有的14
14 实验 用迈克尔逊干涉仪测量钠光D双线的波长差 一、实验目的： 1、测量钠光D双线的波长差； 2、观察白光干涉条纹； 3、测量白光的相干长度（选做）。 二、实验原理： 如前述的原理，当M1与M2互相平行时，得到明暗相间的圆形干涉条纹。如果光源是绝对单色 的，则当M1镜缓慢移动时，虽然视场中心条纹不断涌出或陷入，但条纹的衬度不变，所谓条纹的 衬度是指条纹的清晰程度，通常定义为： max min max min I I I I V 式中Imax和Imin分别为亮纹的光强和暗纹的光强。 如果光源中包含有波长相近的两种光波λ 1和λ 2，则可遇到这样情况：两列光波（1）和（2） 的光程差恰好为λ 1的整数倍，而同时又为λ 2的半整数倍，亦即： K k 1 1 2 2 1 2 这时，λ 1光波成亮环的地方，恰好是光波λ 2被生成暗环的地方。如果这两列光波强度相等， 则由定义，在这些地方条纹的衬度为零。从某一衬度为到相邻的下一次衬度为零，即如果第一次 衬度为零时，λ 1为亮环，那么第二次它即为暗条纹，也就是光程差的变化△L对λ 1是半个波长 的奇数倍，同时对λ 2也是半个波长的奇数倍，又因这两个奇数是相邻的，故得： L k k 1 2 2 2 2 式中K为奇数，由此得： K L 1 2 1 2 2 于是： 1 2 1 2 2 L L „„„„„„„„（1） 对于视场中心来说，设M1镜在相继两次衬度为零时移动△L应等于2△d， 所以： 2 2 d „„„„„„„„„„（2） 只要知道两波长的平均值 和M1镜移动的距离△d，就可以求出两者的波长差△λ ，根据 这原理，可以用实验测量钠光D双线的波长差。 光的时间相干性： 时间相干性是光源相干长度的另一种描述，为简单起见，以入射角i=0作为例子（以前讲 义图2为例）讨论，这时光束（1）和（2）的光程差 2d ，当d增加到某一数值d＇后，原有的